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新能源车灰科技:比亚迪与特斯拉对12V锂电池的应用
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题目没写错,是“灰科技”,也并非谐音梗,因为12V锂电池已经不再是比亚迪独步天下的技术了。

不过,比亚迪的12V锂电池在车企圈内依旧一骑绝尘,领先其他厂家5年以上的身位。对于这种逐渐成为行业趋势、追仿对象、褪去暗黑包装色的技术,笔者称之为“灰科技”。

从特斯拉说起

要想吸引眼球,故事得从特斯拉说起。2021对于特斯拉来说,是冰火两重天的年份,一方面Model-Y年初启售,火爆异常,另一方面,从上海车展开始,负面舆情接踵而来。六一儿童节那天,有一篇报道《 突发 | 深圳一特斯拉断电车主被困险窒息 》也引起了不少人尤其是迪粉的吐槽。

这件事的主因是特斯拉使用的12V蓄电池缺电,导致整个电控失效。刚开始很多人不愿相信,特斯拉这么高精尖的电动车怎么会出现这种“低级故障”?之所以给低级加了引号,是因为对于已经过气比较LOW的燃油车,12V蓄电池亏电是常规故障,见怪不怪。例如,笔者原来的一台燃油车,静置三周不开,就打不着火了,原因就是蓄电池亏电。

此次事件在技术层面上反映出来的问题是,特斯拉在售量产车型使用的12V传统铅酸蓄电池对于主打卖点之一为“ 基本免维护 ”的电动车来说,是个不可忽视的短板。

当然,特斯拉自己也很清楚这个问题,并且,特斯拉已经有了解决方案。2021年6月10日,Elon Musk在加州展示了Model S Plaid车型,这台车的一个亮点就是使用了12V锂电池。之后,Elon还在推特上点赞了一条相关推文,这条推文以井底之蛙姿态环顾英语世界,拷问道:“ 12V电池与车辆寿命同期,其他哪家能做到?还有谁?! ” 殊不知,爱用汉字的比亚迪12V锂电池已经装车实战多年了。

特斯拉使用的这个12V锂电池据传由宁德时代供货,容量是6.9Ah,用12V乘以6.9Ah,可以计算出这块电池的满电电量为0.083度(kWh)。这里简单解释一下计算公式:

公式中能量的单位是kWh,就是常说的几度电;容量的单位是Ah,例如6.9Ah的含义是满电情况下电池以6.9安培的电流放电可以持续工作1小时,即1C倍率充放电电流。

相较于之前的铅酸电池,锂电池的1C倍率电流数值和电量都下降了一个数量级 ,笔者认为原因有两点:

  • 12V锂电池的放电倍率更高,例如20C(对应138A),可以支持短时间大电流应用需求。
  • 动力电池可以通过DC/DC降压电路输出12V电压,为12V电气系统供电并为12V锂电池补电。

然而,普通铅酸电池的循环周期只有几百次,而锂电池的循环周期高达数千次,所以12V锂电池的寿命比铅酸电池高一个数量级,可以做到与整车寿命同期(再也不用换蓄电池了)。

传统铅酸蓄电池

虽然特斯拉在售量产车使用的是传统铅酸蓄电池,但还“传统”得不够彻底。 区别在于,燃油车使用的铅酸蓄电池容量要更大一些,基本比特斯拉大一倍以上 。例如下面这款普通A级轿车使用的蓄电池,容量是60Ah,大型燃油车使用80Ah甚至更大容量的蓄电池。之所以燃油车的蓄电池容量大,主要原因是燃油发动机打火瞬间(点火线圈)需要的工作电流较大,可达数百安培,并且排量越大,电流越大。而特斯拉是纯电车型,不需要给发动机点火,蓄电池只要给12V用电设备供电即可,例如仪表、车门、车窗、灯光等等。下图这种蓄电池在电商平台上有公开标价,人民币400元左右。一般车辆2~3年一换。

比亚迪的12V锂电池

如果从头讲起,比亚迪自己的PPT最有说服力。早在10年前,也就是2011年,12V启动电池的研发就完成了, 2013年第一代在DM2.0车型上应用,2016年第二代用在DM3.0车型,到今年,已经进化至第三代12V铁锂电池,用于DM-i超级混动车型

限于资料尚不完整,本文只以比亚迪的插电混动车型为例进行介绍。下图是比亚迪展厅中的DM-i车型系统架构模型,可以看出,比亚迪的插电混动车型有一个很大的特点,就是12V启动电池并非安装在前机舱内,而是安装在副驾驶的座椅下方。电池安装在这个位置,拆卸更换极其麻烦,但是无需多虑,这个电池不需要更换,它与整车的寿命是相同的。同时,这个位置在发生正面碰撞时,受损的概率也比较低。

经过三代的发展,比亚迪的12V锂电池目前主要有3个规格,重量、体积、容量从大到小,可以分别适配不同应用场景,除新能源车之外,还可用于轨道交通。结合本文最上面的图片判断, DM-i超级混动车型使用的12V锂电池是容量为13Ah那款,满电电量为0.156kWh

这个容量目测确实有点小,只有传统铅酸蓄电池(60Ah)的20%。假设你在车内用点烟器插座供电,玩一个75W的笔记本电脑,蓄电池满电容量只能供电2小时。然而,不必担心, 比亚迪真正的“黑科技”是动力电池可以给12V电池自动补电 ,当动力电池电量也不足时,还可以启动汽油发动机发电来给12V电池补电。从此,无论车辆静置多久,都不用担心电池亏电打不着火了。想要实现这种智能充电功能,则12V锂电池需要拥有独立的电源管理系统BMS(Battery Management System),此BMS监测到12V电池亏电时,向主控或动力电池BMS发出补电请求。

动力电池给12V电池补电,需要将动力电池的高压电变为12V低压电,即需要DC/DC电路。超级混动车型车载充电机OBC(On Board Charger)实际上是一个三合一装置,其功能包括:

  • 交流慢充,3.3kW。
  • 移动电站对外放电,输出交流220V,最大16A。
  • DC/DC降压,将动力电池电压(直流384V)变换为直流12V,最大输出电流160A。

可见,比亚迪对于12V锂电池的应用从硬件到软件已经有了一套完整的解决方案。

总结

传统燃油车使用发动机带动的发电机给铅酸蓄电池充电。

新能源车因为装载有动力电池,所以理论上都具备给12V启动电池自动充电的能力,基于这个特点,12V锂电池替代传统铅酸电池是一个趋势,对于车主好处有两点:

  • 12V电池与整车寿命同期,不用再换蓄电池。
  • 不会出现久置亏电的问题,用车更省心。

目前,笔者了解的情况是,比亚迪已经在新能源车上标配了12V锂电池,特斯拉正在考虑为老车主更换12V锂电池。

其他新能源车厂家,还需加油努力。

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