市售電動車導入電動方程式賽車科技!《Lucid Air》鋰電池散熱機密(四)

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上回合提到一個很重要的觀點,那就是特斯拉Model S的電池排列不夠緊密,最大電容量僅止於100kWh,並沒有達到Lucid Air的112kWh,以及Mercedes-Benz EQS的120kWh,並非原廠不想排得更緊一些,而是Tesla使用電池側面散熱系統,無法做出密集排列。不過Lucid Air之所以能達到超高續航力的原因,絕對不只是電池排列緊密這個原因,且看以下分析。

【相關報導一】Tesla Model S續航力只排第二

【相關報導二】Lucid Air續航力完勝EQS、Model S

【相關報導三】Model S電池塞好沒塞滿?Lucid Air排列更緊密

【相關報導四】電動方程式賽車科技Lucid Air鋰電池散熱機密

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▲Lucid Air坐艙的通透度、科技性、質感、品味都勝過Tesla

*柱狀電池採用底部散熱 顛覆多數人的思維

Lucid認為電池側面散熱效率太差!所以不採用Tesla的設計,而是採用底部散熱,或許有些人覺得柱狀電池這麼長,底部散熱一定會有電池溫度不平均的問題,不過Lucid執行長Peter Rawlinson根據電動方程式賽車的設計經驗,目前的鋰電池內部為具有流動性的電解液,而且單顆電池體積不大,加上鋰電池最佳工作溫度為0~40度,一般使用狀態下(非電動方程式賽車之競技狀態)其實有相當大的寬容度,底部散熱已經足夠,而且效率優於側面散熱設計。

追根究底,為何底部散熱比較好?關鍵在於冷卻液的流量。側面散熱的缺點就是冷卻液的通道又扁又窄、蛇狀迂迴、接觸面小、管線太長,根本無法有效控制整個電池包的溫度,容易出現各電池間溫差太大的問題,不利於穩定且高速的充放電效能,如果硬是要快速供電或放電,結果就是導致局部高溫電池故障,甚至出現損毀燃燒問題,由此可見「電池散熱設計」乃是電動車好壞之基礎,沒搞好其餘免談。此觀點似乎顛覆多數人的看法!

▲Tesla側面電池冷卻設計的缺點就是通道扁窄、蛇狀迂迴、接觸面小、管線太長,難以縮小電池間的溫度差異

相較下,Lucid Air採用的電池底部散熱設計,因為通道很寬、容積很大、管路很短,可以大幅增加冷卻液的流速與流量,可以迅速帶走電池產生的熱能,更重要的是可以維持各電池間的溫度恆定,避免溫差的存在。

在此講述一個很重要的觀點,Peter Rawlinson認為一輛電動車性能要出色,關鍵在於「如何維持數千顆電池狀態一致」,避免參差不齊的問題,方能發揮最佳協同供電效益,這種「一致性、無差異」的概念相信多數搞電學的人都知道,實際做得到的人少卻少之又少,但若非如此,Lucid Air何以能締造超強續航力的奇蹟。

然而Lucid Air為了達到這個目標,首先遇到的難題就是這套自家設計的專利冷卻系統,必須自行研發、測試、開膜、量產,無法採購現成的零件節省時間與開銷,加上初期規模小、產能低,因此Lucid Air整個電池板的成本就是高。此外,為了達到最佳冷卻效益,Lucid Air還增添了擾流凸點打亂冷卻液過於規律的流動路徑,增進溫度均衡效果,細節設計毫不馬虎。

▲Lucid Air各鋰電池包上面的金屬材板是電池的液冷系統,採用電池底部散熱(電池另一端為電極、正負級都在同一端,電極接線設計較為容易)。此水冷系統經過特殊凸點與導流設計,有效增進散熱效率與溫度恆定。設計不複雜,但屬於獨家專利,研發與製造都要自己來,成本相對高。

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