Lucid首席执行官亲自揭密,Lucid Air电池为何能拥有超长续航

Lucid Air是目前市售电动汽车能耗最佳、续航力最长,最新科技对话,Lucid首席执行官罗林森亲自解释设计,以及完成超长续航力的关键技术。

2021年第四季开始交车的Lucid Air,是目前市售电动汽车续航最长,首批量产Lucid Air Dream Edition最高可行驶超过800公里,同时拥有933马力的惊人动力。Lucid Motor首席执行官兼首席技术官罗林森(Peter Rawlinson)在最新视频介绍如何设计出这辆车的核心:电池组。

Lucid Air电池组容量为112kWh,电池组则是电池芯(cell)组成。Lucid使用21700锂电池,但他们如何决定电池组容量的?

“其实我们不知道要用多少电池才够,但计算方式很简单。”罗林森指出,多年来他们认为合理的电动汽车续航力应是400英里(约640公里),而技术进步让每英里能耗约到250Wh,相乘下,他们知道电池组容量必须有100kWh。

每颗21700电池芯约有17~18Wh电量,100kWh电池组就代表至少需6千颗电池芯,才能完成所需电量。确定了目标,接下来就是工程师出场的时候了,如何把6,600颗高压、高温、沉重的电池芯塞进一辆车?

LEAP底盘结构

由于电池极重,除了往车底塞,几乎不做他想,因此底盘设计几乎决定电动汽车的一切,这也是为什么各大车厂都推出全新底盘架构,唯有如此才能打造有效率的电动汽车。Lucid Air采用称为LEAP(Lucid Electric Advanced Platform)架构的skateboard设计。

“很多车厂都有skateboard底盘,但Lucid Air从最开始就将Space概念放在核心。”罗林森表示,Space概念让Lucid Air外观更小更精简,内在空间却更大更舒适,关键就在自制的动力系统。

Lucid使用的LEAP底盘。

Lucid的永磁同步马达与逆变器、差速器、传动系统集成,形成超高压900V动力单元,重量仅74公斤,体积和手提行李袋相近。由于精简设计,LEAP底盘拉出较大空间,足以容纳巨大的电池组。

相较许多车厂一片平坦的电池组,Lucid Air电池组在最后方,堆栈两大块电池包,刚好位于后座椅下方,搭配设计的电池组外框,兼顾容量、刚性和安全性。

将这些高温电池挤在一起显然很危险,因此散热管理是电池组最重要的环节。Lucid Air电池组将电池芯上下颠到放置,连接器在下方,冷却设备在上,一方面提升冷却效益,一方面热源远离乘客,确安全全性。

电池组下方,Lucid Air放入多个复合材质护盾,也发挥双重作用,确安全全同时,厚约8毫米的护盾,在车底切割成特殊弧型,创造风切效果,使整辆车空气力学表现更提升。

这一切并非工程师天马行空想象,而是通过Lucid前身、Atieva多年投入电动方程式赛车的经验而来。 “Lucid Air的电池组可说是Formula E电动赛车电池量产化、成本管控后的亲戚。”罗林森认为,这就是打造Lucid Air心脏的关键。

打开Lucid Air电池包的正确方式

相较许多车厂使用400V电压架构,Lucid选择串联所有电池包,电池包内10颗电池芯串联成一组,每个电池包有42V电压;每30颗电池并联,确保所需电量。

Lucid Air串联22个电池包,每个电池包电压为42V,完成924V超高压架构。为什么要这么高的电压呢?

Lucid电池组串并联方式,可由这角度清楚看见。

“这是基本的物理法则,当电压加倍,只需一半电流即可完成相同输出。”罗林森解释,重要的是当电流减半,能量流失缩小到四分之一。因此Lucid和充电运营商Electrify America合作,打造1,000V快速充电设备,更有效率充电。

搭配高压快充设备,Lucid Air能以300kW功率充电,21分钟左右补满300英里(约480公里)续航力。不过高压就能带来高速充电并不完全正确。

“每颗电池芯的电压都是4.2V,不管用100V还是1,000V,这颗电池芯就只能接受4.2V。”罗林森指出,高压架构的好处并不仅电池,还要考虑其他系统。举例来说,Lucid Air电池使用铝为接头原料,而不是常见的铜,虽然铜导电效果更佳,但铝却让电池组更轻,从整车角度来看,高压系统的好处是整体效果,而非单纯只有充电速度。

散热部分,Lucid也有不同选择,如前述电池芯是屁股朝上,散热板同样安装在上方,如此电池就是完整“屁股”接触散热板,获得良好冷却。 “从侧边散热也有好处,但相对会牺牲空间,因此我们选择空间优先。”罗林森表示,别忘了电池芯侧面都是弧面,要在侧面完美散热接触,远比想象困难。

冷却液从一端进入,另一端出来,板子的凹凸能增加液体接触面积。

就连散热板Lucid也很讲究,细看这片铝制散热板,上面有许多凹凸设计和沟槽,为了让冷却液流动时产生乱流,如此就能更有效吸收带走更多热能。

一粗一细是Lucid的大秘宝

最后罗林森公开他认为Lucid Air最大的电池设计秘诀,在于电池芯连接。 “电阻是终极敌人,但要如何减少系统电阻?”罗林森说,从多年电动赛车经验,想出一个简单聪明的方法。

两条不同尺寸的导线,是Lucid的秘方。

电池正极使用较细导线,负极使用较粗导线,如此就能大幅降低能量散失,同时又确保安全性。据罗林森说法,这看似简单的设计,业界还没有其他人使用,而这就是Lucid电池高效率的秘密之一。

(图片来源:视频截屏)