滑板底盤、底部散熱，Lucid CEO親自下場揭秘電池技術
車東西（公眾號：chedongxi）
作者 ｜
Alice
編輯 ｜
Juice
日前，
Lucid
在其官方油管頻道釋出了CEO兼CTO Peter Rawlinson解讀動力電池技術的一段影片。
值得注意的是，Lucid一度被視為可以真正將
特斯拉
拉下馬的新造車公司，其首款電動轎車Lucid Air直接對標特斯拉Model S，Lucid Air頂配車型夢想版（Dream Edition）的EPA續航達到了520英里（約合837公里），比Model S Plaid 637公里的續航還要多出200公里。
作為一家造車新勢力，這一成績可以說是非常亮眼。
而Lucid的CEO Rawlinson曾經也是Model S的總工程師，這次他親自上場為觀眾上了一堂工程課，透過其生動及簡潔的講解，展示了Lucid動力電池的技術核心。
一、生動舉例 闡明電芯與續航的關係
首先，Rawlinson從最基礎的科學知識開始講起，並提出了一個術語：能量。能量是汽車行駛最關鍵的部分之一。
後面他舉了一個例子，能量是指一個人爬上一座山所消耗的精力。但年輕人會比老年人更快爬到山頂，因為前者更強大，所以他能在更短的時間內消耗這些能量。
隨後Rawlinson又介紹了幾個能量單位之間的換算關係，即1000W=1kW；換算成汽車的馬力（hp），1hp=764W；換算一下1hp=3/4kW。
時間與能量的關係單位為kWh（千瓦時），這也是動力電池中的能量單位。
同時J（焦耳）又是能量和做功的國際單位，1J=1W；那麼1kWh=1000J*
360
0s。
▲Peter Rawlinson電池技術講解影片截圖
那麼如何來理解這些公式呢？Rawlinson又舉了一個例子，他拿起桌上的一隻
蘋果
，這隻蘋果約重100克，如果將其從地上拿起來放在1米高的桌子上，所需時間大概為1秒，這個過程所消耗的能量就是1J，也可以說是1W。
而Lucid Air Grand Touring車型的電池容量為112kWh，按照上面的規則換算一下，1W=1J，那麼112kWh就約等於400MJ（兆焦）的能量。
▲Peter Rawlinson電池技術講解影片截圖
也就是說，把蘋果從地板拿到桌子上，這一過程要重複4億次，才是Lucid Air Grand Touring車型的電池能量。
那麼汽車的能量從哪裡來呢？電芯可以為車提供能量。10年前，一輛合格的電動汽車，每英里大概需要330Wh的電量，但隨著技術的發展，透過Lucid內部的技術，現在這一數字可以降至每英里250Wh，Rawlinson表示。
在這種情況下，一輛續航為400英里（約為644公里）的電動汽車，電池包的容量要達到100kWh。
目前，Lucid採用的是21700圓柱形磷酸鐵鋰電芯，通常情況下，每根電芯的能量約為17～18Wh，所以需要大約6000個電芯才能提供400英里（約為644公里）的續航。
由於汽車不能僅靠一根電芯行駛，這裡先假設單個電芯的電量能使汽車行駛約140碼（14cm），如果再增加第二根電芯，行駛範圍就是280碼（28cm），增加第三根範圍就變成了420碼（42cm）。從這一點就能看出，汽車行駛里程與電芯數量的關係密切相關。
而Lucid透過超高壓超高效率的技術
，
用最少數量的電芯實現了400英里（約為644公里）的續航。
二、滑板架構 內部更加寬敞
先進的動力電池技術，也離不開打造汽車的平臺。Lucid的LEAP平臺（Lucid Electric高階平臺）是一種鋁密集型滑板平臺，在該平臺上，電芯的佈局方式也更符合汽車內部的人體工程學與結構。
目前多家造車企業都聲稱自己擁有滑板平臺，但LEAP平臺的獨特之處在於其真正體現了空間的概念。
基於此平臺打造的汽車，外部更加緊湊，座艙內部更加寬敞舒適。Lucid透過其傳動系統技術、電機逆變器和變速器前後方超緊湊佈局和其他技術，實現了以上兩點優勢。
▲Lucid的車輛架構
電池模組圍繞客艙佈局，使坐艙儘可能寬敞，前排座椅中間的通道內也放置了電池模組，同時後排座椅下方也雙層堆疊了電池模組。
據介紹，Lucid Air電池組共有兩種佈局方式，容量較小的佈局拿掉了一些模組，但汽車的續航仍然能超過400英里（約為643公里）。在該種佈局中，後排腳部的電池模組被拿掉了，後排座椅更加符合人體工程學，更加舒適。
▲Lucid的電池模組佈局方式
此外，電池的外殼不僅可以保護電池還有助於車輛的整個結構。當電池組與車輛的車身外殼結合，就組成了汽車的安全單元。這一安全單元不僅可以增加汽車的結構剛度，使汽車更便於操作，穩定了汽車尾部碰撞緩衝區的中央結構，吸收能量，保護乘客不受碰撞，同時也能保護電池。
值得注意的是，電池模組的放置方式也不同，Lucid的電芯基本上是倒置安裝的，電池向下散熱，同時還有一層額外的冷卻劑，安全性得到提升。
除了提高安全性，電池外殼還有助於汽車的效能。電池外殼材料由環氧樹脂複合材料製成，厚度達到8毫米，電池外殼形成了汽車底板並朝後部升高，提高了空氣動力學效率。
三、提高電壓 減少熱損失
在影片中，Rawlinson表示Lucid已經在與Electrify America合作，建立了千伏高壓（特高壓）的充電網路。Lucid正在使用這些高壓網路測試924V高壓充電。
在最近的充電測試中Lucid實現了超過300kW的功率，透過Electrify America的
充電樁
，Lucid的汽車可以在21分鐘補能超過300英里（約為482公里）。
在其他車型大多使用400V的高壓的情況下，Lucid卻選擇了924V的高壓。那麼Lucid提高電壓的原因是什麼呢？
首先Rawlinson給出了幾個公式：
1、V=I*R，電壓=電流*電阻。
2、P=V*I，功率=電壓*電流 。
3、P=I*R*V，功率=電流*電阻*電流。
如果功率不變，那麼可以將電壓加倍，將電流減半，減半電流可以將熱損失減半少1/4。要減少熱阻，必須提高電壓，除此之外沒有其他選擇。
這一點對Lucid達到高壓至關重要。
單個電芯在滿電的情況下電壓為4。2V，但單個電芯不能決定整個汽車的電壓，它所接收的只是單獨的充電電壓。無論是400V的電壓，還是900V電壓，電芯的充電電壓都不能超過4。2V，因此就需要增壓。
為了便於理解，Rawlinson拿來了三根長短不一的手電筒。其中，標準長度的手電筒有三塊電池，每塊電池電壓只有1。5V，把三個電池連在一起，電壓就升至4。5V；第二根長一點的手電筒有4塊電池，電壓為6V；最長的手電筒有五塊電池，電壓為9V。
▲增壓示意圖
這樣看來，如果一根手電筒的電壓要達到924V，那麼靠這種堆電池的方式，最後手電筒的長度將達到50英尺（約合15米）。
手電筒的電池只是單純地連在了一起，並不是最有效的連線，其電阻太大。所以，單純靠堆電池並不是提高電壓最好的解決辦法。
為了提高電壓，Lucid將電芯聚在一起，然後透過並聯及串聯的方式提高電壓。
Lucid排列電芯的具體方式是：單個電芯的電壓是4。2V，30個電芯為一組，每個電池模組共有10組電芯組，每10個電芯中間存在一層絕緣膜。
30個電芯並聯，10組電芯組串聯就得到了42V的電壓。然後電池包內22個模組串聯，就達到了924V的高壓，總共需要6600個電芯，這就是Lucid AIR長續航電池包的佈局。
▲Lucid的電芯數量
四、底部冷卻方式 具備量產優勢
Lucid採用了電池底部冷卻策略，用冷卻板來冷卻電池。Rawlinson認為這種方式不僅在熱管理上存在很大優勢，而且還在製造和成本上有優勢。
Lucid選擇底部冷卻而不是側面冷卻的原因在於電池的形狀，電芯是圓柱形的，其熱導率存在顯著的各向異性，這也意味著電池能夠以不同的速率向不同方向傳導熱量。
一般情況下，電池更傾向於軸嚮導熱，橫向導熱效果較差。
電池散熱時，兩端的溫度不平衡，Lucid透過在電池末端採用熱粘合劑等方式，設計了與電芯底部形狀相同的冷卻板。這種冷卻板是可批次生產的，並且具有成本優勢。
如果採用側面冷卻，需要在電芯中間放置冷卻劑管道，會使電池包尺寸變大。同時，在電池側面實現完美地貼合非常具有挑戰性，實現大規模量產也更加困難。
▲側面冷卻示意圖
再說回Lucid底部冷卻的結構，電芯上方的冷卻板是一個兩件式鋁衝壓件，上面有很多凹坑，凹坑將兩片鋁的層壓結合在一起以抵抗冷卻板內流動的流體壓力。
▲電芯冷卻板
除此之外，凹坑還有其他功能，它們對流體產生湍流效應，流體從入口流入，流過整條管道，然後從出口流出。而流體流動的湍流邊界層，增強了冷卻板表面的導電性。
▲冷卻板內流體流動示意圖
結語：Lucid將是特斯拉主要對手之一
雖然是造車新勢力，但實力卻不容小覷，Lucid被認為是“特斯拉頭號對手”。
Lucid的CEO Peter Rawlinson操刀設計了Lucid Air，同時他還有另一重身份——Model S的總設計師。作為地球上最瞭解特斯拉的人之一，其研發的產品想必也不會與特斯拉相差多少。
此次Lucid釋出電池技術影片，一方面為消費者展示了Lucid先進的技術，另一方面也在一定程度上吸引了消費者的注意力。相信Lucid Air一旦開始大規模交付，可能會衝擊特斯拉的純電霸主地位。
