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锂电池电容量有上限,电动汽车续航难以达到1000公里

锂电池电容量有上限,电动汽车续航难以达到1000公里

Christiaan Hetzner 2021年09月19日
传统的锂离子电池正在逼近容量上的物理极限。

再过几周,梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)就将从特斯拉(Tesla)的身上夺走全球纯电动汽车最长续航里程(一项至关重要的指标)的头衔。

这家德国车企全新的EQS 450+堪称真正的工程壮举,其续航里程将比特斯拉的Model S超出20%。它是奔驰的第一款纯电动“豪华”轿车,电动机输出功率最高可达385千瓦。它拥有超流线型车身,此设计旨在降低风阻。正如奔驰所宣称的,新的EQS 450+是“世界上最符合空气动力学的量产车”。

然而,尽管做到了这一切,EQS 450+仍然远远没有达到1000公里续航的重要关口——这一目标似乎比以往任何时候都更加遥不可及,即使电动车技术仍然在不断向前发展。

那么,问题出在哪里呢?先来说说电池化学。

传统的锂离子电池正在逼近容量上的物理极限,能够让电动汽车稳定可靠地突破1000公里(约合621英里)续航关口的电池技术,可能还得等上几年才会面世,尽管特斯拉在近四年前就承诺过要完成这一突破。

在此之前,即便是车轴之间有足够空间容纳体积最大的电池组的最长轿车,即便是在最有利的驾驶条件下,也仍然远远达不到这个关口。

剑指长途出行需求

奔驰最近给出的最新信息显示,备受期待的奔驰EQS将于下月底交付给德国的第一批客户(起价106374欧元,或12.5万美元)。

奔驰EQS 450+入门版是迄今为止风阻系数最低的量产车型(特斯拉的首席执行官埃隆·马斯克对此并不认同),如果选配特制空气动力学车轮,其经欧洲认证的续航里程就可达780公里。该款车尚未在美国市场获得美国环境保护署(EPA)的认证,它将在今年年底前进军特斯拉的本土市场。

在欧洲,它在续航里程上轻松超过了特斯拉同档次的Model S长续航版(据称达652公里)。后者在德国的起价略低一点,为96990欧元。对于有长途出行需求的消费者来说,Model S目前是电动汽车市场的首选。

然而,梅赛德斯的最长续航里程宝座可能坐不了多久。

由前特斯拉Model S的首席工程师彼得·罗林森领导的初创公司Lucid Motors宣称,其与EQS竞争的Lucid Air Grand Touring轿车续航里程达517英里(约832公里),起价13.15万美元。这款车最早应该在第四季度开始向美国消费者交付,并可能在明年某个时候登陆欧洲市场。

马斯克接二连三的空口承诺

奔驰和Lucid原本都不会超越马斯克。他早在2017年年底发布原型车就信誓旦旦称,其全新的Roadster将可以最多搭载四个人(包括行李)行驶超过1000公里。

“你将能够以高速公路的速度从洛杉矶到旧金山开一个来回,中途不需要充电。”马斯克在新Roadster的发布会上说,这意味着该款车的实际续航里程约为1225公里。

然而,尽管马斯克当时保证特斯拉“正在努力”赶在预计的2020年推出日期推出新Roadster,但从他今年6月发布的最新声明来看,他的团队仍然在忙于打造这款车,以进一步提高扭矩和电机速度。

今年完成工程工作,明年开始生产。目标是在夏末推出可驾驶的候选设计车型。三电机驱动系统和先进的电池工作是最重要的。

——埃隆·马斯克(@elonmusk),2021年1月28日

鉴于没有确切的证据表明新Roadster即将问世,马斯克的批评者指出,提前发布——意外的惊喜,抢走了同一天亮相的特斯拉Semi电动卡车的关注度——是精心策划的,意在抢走Lucid Air的风头。就在几个月前,后者刚刚在纽约车展(New York Auto Show)上作为概念车首次亮相。

早在2017年年底,当时处于亏损的特斯拉还在苦苦维持经营。一年后,沙特阿拉伯决定投资Lucid Motors,而不是选择特斯拉,尽管马斯克进行了大量游说,甚至还早早吹嘘“融资已经到位”。

Model S Plaid+的闹剧,进一步加剧了人们对特斯拉的续航雄心的疑惑。该公司承诺,Model S Plaid+的续航里程达到837公里,在德国的售价应该是14.999万美元。但马斯克在发布会前几天却突然完全放弃这款车型。他发布推文解释了原因。

那么Plaid续航里程也将达到800公里以上?使用4680个电池和结构性电池组?在纽博格林赛道上跑了多圈而没有出现过热现象?

——史蒂文·皮特斯(@aikisteve),2021年6月6日

但问题在于,原来的Plaid轿车续航里程只有637公里。因此,Model S Plaid+被放弃一事在特斯拉粉丝中引起了恐慌,他们担心其独特的设计,即所吹嘘的4680个电池和结构性电池组配置,并没有做好进入市场的准备。

未来走向

如今,奔驰也没有接近于攻克1000公里续航关口。其运营主管马库斯·舍费尔在7月告诉记者,明年公司将推出一款名为Vision EQXX的概念车,借助更好的空气动力学设计和更高效的传动系统,该款车将突破1000公里的续航关口。消费者什么时候能够买到这样的车,谁也说不准。

眼下的问题还是要归结于电池化学。

从经济可行性来看,时下的锂离子技术是否可以用于1000公里续航的车上呢?专家们持怀疑态度。大多数专家预计,只有在过渡到能量密度更高的电池之后,这一点才能够实现,这种电池使用固态电解质来传输锂离子,而不是使用液态电解质。

而且,1000公里续航太长,可能并没有必要。

咨询公司麦肯锡(McKinsey)的欧洲汽车行业团队负责人安德烈亚斯·奇斯纳指出,数据显示,大多数消费者每天驾驶里程少于80公里。因此,他认为,一旦电动车驾驶者积累了足够多的经验,可怕的“里程焦虑”将不复存在——只要充满电至少可以跑400至500公里。

“在那范围以上的续航里程,显然对营销和汽车定位非常重要,但在日常生活中,其实并没有那么重要。”他说,“所以我认为,未来电池将会变小,因为人们将发现,这些非常大的电池对很多消费者来说真的没有那么重要。”

大众汽车(Volkswagen)的ID系列电动车销售主管西尔克·巴格希克表示认同,但她将续航门槛提高了一点。“有700到800公里的续航,你就能够放心上路,需要去哪里就去哪里。我不认为你需要1000公里的续航。”她说道。

大众汽车的确在开发一款B级轿车来替代大众帕萨特(Passat),该款车具有极低的风阻系数,代号为“Aero-B”。该系列将于2023年上市,续航里程已经获得欧洲认证,达到700公里。

蔚来仍然有可能带来变数。它的ET7即将于明年推出,计划进军的市场包括在欧洲有“电动车之都”之称的挪威。蔚来声称该款豪华轿车续航里程超过1000公里,但这一数字是根据过时的驾驶周期标准估算得出的。(财富中文网)

译者:万志文

再过几周,梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)就将从特斯拉(Tesla)的身上夺走全球纯电动汽车最长续航里程(一项至关重要的指标)的头衔。

这家德国车企全新的EQS 450+堪称真正的工程壮举,其续航里程将比特斯拉的Model S超出20%。它是奔驰的第一款纯电动“豪华”轿车,电动机输出功率最高可达385千瓦。它拥有超流线型车身,此设计旨在降低风阻。正如奔驰所宣称的,新的EQS 450+是“世界上最符合空气动力学的量产车”。

然而,尽管做到了这一切,EQS 450+仍然远远没有达到1000公里续航的重要关口——这一目标似乎比以往任何时候都更加遥不可及,即使电动车技术仍然在不断向前发展。

那么,问题出在哪里呢?先来说说电池化学。

传统的锂离子电池正在逼近容量上的物理极限,能够让电动汽车稳定可靠地突破1000公里(约合621英里)续航关口的电池技术,可能还得等上几年才会面世,尽管特斯拉在近四年前就承诺过要完成这一突破。

在此之前,即便是车轴之间有足够空间容纳体积最大的电池组的最长轿车,即便是在最有利的驾驶条件下,也仍然远远达不到这个关口。

剑指长途出行需求

奔驰最近给出的最新信息显示,备受期待的奔驰EQS将于下月底交付给德国的第一批客户(起价106374欧元,或12.5万美元)。

奔驰EQS 450+入门版是迄今为止风阻系数最低的量产车型(特斯拉的首席执行官埃隆·马斯克对此并不认同),如果选配特制空气动力学车轮,其经欧洲认证的续航里程就可达780公里。该款车尚未在美国市场获得美国环境保护署(EPA)的认证,它将在今年年底前进军特斯拉的本土市场。

在欧洲,它在续航里程上轻松超过了特斯拉同档次的Model S长续航版(据称达652公里)。后者在德国的起价略低一点,为96990欧元。对于有长途出行需求的消费者来说,Model S目前是电动汽车市场的首选。

然而,梅赛德斯的最长续航里程宝座可能坐不了多久。

由前特斯拉Model S的首席工程师彼得·罗林森领导的初创公司Lucid Motors宣称,其与EQS竞争的Lucid Air Grand Touring轿车续航里程达517英里(约832公里),起价13.15万美元。这款车最早应该在第四季度开始向美国消费者交付,并可能在明年某个时候登陆欧洲市场。

马斯克接二连三的空口承诺

奔驰和Lucid原本都不会超越马斯克。他早在2017年年底发布原型车就信誓旦旦称,其全新的Roadster将可以最多搭载四个人(包括行李)行驶超过1000公里。

“你将能够以高速公路的速度从洛杉矶到旧金山开一个来回,中途不需要充电。”马斯克在新Roadster的发布会上说,这意味着该款车的实际续航里程约为1225公里。

然而,尽管马斯克当时保证特斯拉“正在努力”赶在预计的2020年推出日期推出新Roadster,但从他今年6月发布的最新声明来看,他的团队仍然在忙于打造这款车,以进一步提高扭矩和电机速度。

今年完成工程工作,明年开始生产。目标是在夏末推出可驾驶的候选设计车型。三电机驱动系统和先进的电池工作是最重要的。

——埃隆·马斯克(@elonmusk),2021年1月28日

鉴于没有确切的证据表明新Roadster即将问世,马斯克的批评者指出,提前发布——意外的惊喜,抢走了同一天亮相的特斯拉Semi电动卡车的关注度——是精心策划的,意在抢走Lucid Air的风头。就在几个月前,后者刚刚在纽约车展(New York Auto Show)上作为概念车首次亮相。

早在2017年年底,当时处于亏损的特斯拉还在苦苦维持经营。一年后,沙特阿拉伯决定投资Lucid Motors,而不是选择特斯拉,尽管马斯克进行了大量游说,甚至还早早吹嘘“融资已经到位”。

Model S Plaid+的闹剧,进一步加剧了人们对特斯拉的续航雄心的疑惑。该公司承诺,Model S Plaid+的续航里程达到837公里,在德国的售价应该是14.999万美元。但马斯克在发布会前几天却突然完全放弃这款车型。他发布推文解释了原因。

那么Plaid续航里程也将达到800公里以上?使用4680个电池和结构性电池组?在纽博格林赛道上跑了多圈而没有出现过热现象?

——史蒂文·皮特斯(@aikisteve),2021年6月6日

但问题在于,原来的Plaid轿车续航里程只有637公里。因此,Model S Plaid+被放弃一事在特斯拉粉丝中引起了恐慌,他们担心其独特的设计,即所吹嘘的4680个电池和结构性电池组配置,并没有做好进入市场的准备。

未来走向

如今,奔驰也没有接近于攻克1000公里续航关口。其运营主管马库斯·舍费尔在7月告诉记者,明年公司将推出一款名为Vision EQXX的概念车,借助更好的空气动力学设计和更高效的传动系统,该款车将突破1000公里的续航关口。消费者什么时候能够买到这样的车,谁也说不准。

眼下的问题还是要归结于电池化学。

从经济可行性来看,时下的锂离子技术是否可以用于1000公里续航的车上呢?专家们持怀疑态度。大多数专家预计,只有在过渡到能量密度更高的电池之后,这一点才能够实现,这种电池使用固态电解质来传输锂离子,而不是使用液态电解质。

而且,1000公里续航太长,可能并没有必要。

咨询公司麦肯锡(McKinsey)的欧洲汽车行业团队负责人安德烈亚斯·奇斯纳指出,数据显示,大多数消费者每天驾驶里程少于80公里。因此,他认为,一旦电动车驾驶者积累了足够多的经验,可怕的“里程焦虑”将不复存在——只要充满电至少可以跑400至500公里。

“在那范围以上的续航里程,显然对营销和汽车定位非常重要,但在日常生活中,其实并没有那么重要。”他说,“所以我认为,未来电池将会变小,因为人们将发现,这些非常大的电池对很多消费者来说真的没有那么重要。”

大众汽车(Volkswagen)的ID系列电动车销售主管西尔克·巴格希克表示认同,但她将续航门槛提高了一点。“有700到800公里的续航,你就能够放心上路,需要去哪里就去哪里。我不认为你需要1000公里的续航。”她说道。

大众汽车的确在开发一款B级轿车来替代大众帕萨特(Passat),该款车具有极低的风阻系数,代号为“Aero-B”。该系列将于2023年上市,续航里程已经获得欧洲认证,达到700公里。

蔚来仍然有可能带来变数。它的ET7即将于明年推出,计划进军的市场包括在欧洲有“电动车之都”之称的挪威。蔚来声称该款豪华轿车续航里程超过1000公里,但这一数字是根据过时的驾驶周期标准估算得出的。(财富中文网)

译者:万志文

Mercedes-Benz is only weeks away from toppling Tesla in one all-important measure—it will claim the crown of longest range for an all-electric vehicle.

The German automaker's new EQS 450+ is a real feat of engineering, one that will give drivers 20% more driving range on a full charge than Tesla's Model S. It is the first all-electric "luxury" sedan from Mercedes, packing a lot of power—up to 385 kW—under the hood. And it comes in a super sleek body shape, designed to cut through the wind. As Mercedes boasts, the new EQS 450+ is the "most aerodynamic production car in the world."

And yet, after all that, EQS 450+ still falls far short of the holy grail—the 1,000-kilometer EV—a goal that seems frustratingly ever-more-distant even as EV technology advances inexorably forward.

The problem? For starters, battery chemistry.

With conventional lithium-ion cells bumping up against the physical limits of their capacity, customers will likely have to wait a few years for the arrival of battery technology that will enable EVs to reliably crack the 1,000-kilometer (621 miles) range barrier, despite a promise from Tesla nearly four years old.

Until then, even the longest sedans with enough space between the axles to accommodate the largest battery packs will still fall far short of that mark, even under the most favorable driving conditions.

Long-distance claims

In a recent update, Daimler’s premium brand said the hotly anticipated Mercedes EQS would be delivered to the first customers in Germany at the end of next month (for a minimum price of €106,374, or $125,000).

Boasting the lowest drag coefficient of any mass-produced car ever built—a claim Tesla CEO Elon Musk notably disputes—the Mercedes entry version EQS 450+ offers a certified European range of up to 780 km when selected with special aerodynamic wheels. The vehicle, which has yet to receive the equivalent EPA-approved rating for the U.S. market, will launch the brand's battery electric range in Tesla's home turf before the year is out.

In Europe, using a like-for-like comparison, it easily beats the equivalent 652 km advertised by Tesla for its Model S Long Range, which starts at a slightly more affordable price of €96,990 in Germany. The Model S is currently the top EV choice for consumers when it comes to long-distance trips.

Mercedes might not sit on the throne for very long, however.

Startup Lucid Motors, managed by former Tesla Model S chief engineer Peter Rawlinson, advertises a range of 517 miles (832 km) for its EQS competitor, the Lucid Air Grand Touring sedan, which will start at $131,500. This car should begin shipping to U.S. customers as early as the fourth quarter, with a possible European launch sometime next year.

Elon Musk’s promises

Neither Mercedes nor Lucid were supposed to leapfrog Musk, who had already promised his new Roadster would be able to transport as many as four people—including luggage—more than 1,000 kilometers when he unveiled the prototype in late 2017.

“You’ll be able to travel from L.A. to San Francisco and back at highway speed without recharging,” Musk said at the car's reveal, implying a real-world range of around 1,225 km.

Yet despite assurances from the CEO that Tesla was “making it now” in time for an expected 2020 launch date, the most recent statement from Musk in June suggested his team was still busy engineering the vehicle to further boost torque and motor speeds.

Finishing engineering this year, production starts next year. Aiming to have release candidate design drivable late summer. Tri-motor drive system & advanced battery work were important precursors.

— Elon Musk (@elonmusk) January 28, 2021

With no definitive proof the Roadster is coming soon, Musk's critics have argued the early unveiling—an unscheduled surprise that stole the limelight from the Tesla Semi truck that was presented that same day—was a calculated attempt to suck oxygen away from the Lucid Air, which had debuted as a concept only months earlier at the New York Auto Show.

Back in late 2017, the then loss-making Tesla was still struggling to stay afloat. Saudi Arabia a year later decided to invest in Lucid Motors rather than Tesla, despite much lobbying—and even some premature boasting of "funding secured"—by Musk.

Adding to the confusion around Tesla's range ambitions is the saga of the Model S Plaid+. With a promised range of 837 km, the Model S Plaid+ was supposed to sell in Germany for €149,990 euros. But Musk abruptly binned the model entirely days before the presentation. He explained why in a tweet.

So plaid will have 800+ km of range too then? With 4680 cells and structural pack? Multiple laps of Nurbürgring without overheating?

— Steven Peeters (@aikisteve) June 6, 2021

The problem, though, is the original Plaid sedan manages only a range of 637 km. The cancellation, therefore, caused alarm among fans that its unique design, namely, the vaunted 4680 cells and structural battery pack, was not ready for market.

Going the distance

Today, Mercedes is no closer to solving the distance conundrum either. Operations chief Markus Schäfer told reporters in July that next year the company would unveil a concept called the Vision EQXX that would crack the 1,000-km barrier with the help of better aerodynamics and a more efficient drivetrain. When consumers might be able to buy such a model is anybody's guess.

The immediate question still comes down to battery chemistry.

Experts doubt that today's lithium-ion technology can be used to make 1,000-km-range vehicles economically feasible. Most expect this to happen only after the transition to more energy-dense cells that use a solid electrolyte to transport lithium ions rather than a liquid one.

And such a long range may not even be necessary.

Andreas Tschiesner, who leads the European automotive industry team at consultancy firm McKinsey, points to data showing that most consumers drive fewer than 80 km a day. Consequently, he argues the dreaded "range anxiety" will become a thing of the past once drivers gain enough experience with EVs—provided they can manage at least 400 to 500 km on a single charge.

“Everything above that is obviously very important for marketing and positioning the car, but in day-to-day life it’s not that important,” he said. “So I do think we will see…smaller batteries in the future, because people will see that these very large batteries are really not that important for many, many consumers.”

Silke Bagschik, Volkswagen brand’s sales chief for its ID range of battery-powered cars, agreed, but put the threshold a bit higher: “700 to 800 gets you really comfortably everywhere you need to go. I don’t think you need 1,000,” she said.

Sure enough, VW is currently developing a midsize, or B-segment, sedan with an extremely low drag coefficient code-named “Aero-B” to replace the Volkswagen Passat. This car family will be able to drive up to a European-certified range of 700 km when it arrives in 2023.

Nio remains a bit of a wild card. The Chinese brand aims to launch next year, including in Europe's EV-crazy Norwegian market, its upcoming ET7. It claims the luxury sedan can drive over 1,000 km on one charge, yet this is a figure estimated using an obsolete driving cycle standard.

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