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鋰電池電容量有上限,電動汽車續航難以達到1000公里

鋰電池電容量有上限,電動汽車續航難以達到1000公里

Christiaan Hetzner 2021年09月19日
傳統的鋰離子電池正在逼近容量上的物理極限。

再過幾周,梅賽德斯-奔馳(Mercedes-Benz)就將從特斯拉(Tesla)的身上奪走全球純電動汽車最長續航里程(一項至關重要的指標)的頭銜。

這家德國車企全新的EQS 450+堪稱真正的工程壯舉,其續航里程將比特斯拉的Model S超出20%。它是奔馳的第一款純電動“豪華”轎車,電動機輸出功率最高可達385千瓦。它擁有超流線型車身,此設計旨在降低風阻。正如奔馳所宣稱的,新的EQS 450+是“世界上最符合空氣動力學的量產車”。

然而,盡管做到了這一切,EQS 450+仍然遠遠沒有達到1000公里續航的重要關口——這一目標似乎比以往任何時候都更加遙不可及,即使電動車技術仍然在不斷向前發展。

那么,問題出在哪里呢?先來說說電池化學。

傳統的鋰離子電池正在逼近容量上的物理極限,能夠讓電動汽車穩定可靠地突破1000公里(約合621英里)續航關口的電池技術,可能還得等上幾年才會面世,盡管特斯拉在近四年前就承諾過要完成這一突破。

在此之前,即便是車軸之間有足夠空間容納體積最大的電池組的最長轎車,即便是在最有利的駕駛條件下,也仍然遠遠達不到這個關口。

劍指長途出行需求

奔馳最近給出的最新信息顯示,備受期待的奔馳EQS將于下月底交付給德國的第一批客戶(起價106374歐元,或12.5萬美元)。

奔馳EQS 450+入門版是迄今為止風阻系數最低的量產車型(特斯拉的首席執行官埃隆·馬斯克對此并不認同),如果選配特制空氣動力學車輪,其經歐洲認證的續航里程就可達780公里。該款車尚未在美國市場獲得美國環境保護署(EPA)的認證,它將在今年年底前進軍特斯拉的本土市場。

在歐洲,它在續航里程上輕松超過了特斯拉同檔次的Model S長續航版(據稱達652公里)。后者在德國的起價略低一點,為96990歐元。對于有長途出行需求的消費者來說,Model S目前是電動汽車市場的首選。

然而,梅賽德斯的最長續航里程寶座可能坐不了多久。

由前特斯拉Model S的首席工程師彼得·羅林森領導的初創公司Lucid Motors宣稱,其與EQS競爭的Lucid Air Grand Touring轎車續航里程達517英里(約832公里),起價13.15萬美元。這款車最早應該在第四季度開始向美國消費者交付,并可能在明年某個時候登陸歐洲市場。

馬斯克接二連三的空口承諾

奔馳和Lucid原本都不會超越馬斯克。他早在2017年年底發布原型車就信誓旦旦稱,其全新的Roadster將可以最多搭載四個人(包括行李)行駛超過1000公里。

“你將能夠以高速公路的速度從洛杉磯到舊金山開一個來回,中途不需要充電。”馬斯克在新Roadster的發布會上說,這意味著該款車的實際續航里程約為1225公里。

然而,盡管馬斯克當時保證特斯拉“正在努力”趕在預計的2020年推出日期推出新Roadster,但從他今年6月發布的最新聲明來看,他的團隊仍然在忙于打造這款車,以進一步提高扭矩和電機速度。

今年完成工程工作,明年開始生產。目標是在夏末推出可駕駛的候選設計車型。三電機驅動系統和先進的電池工作是最重要的。

——埃隆·馬斯克(@elonmusk),2021年1月28日

鑒于沒有確切的證據表明新Roadster即將問世,馬斯克的批評者指出,提前發布——意外的驚喜,搶走了同一天亮相的特斯拉Semi電動卡車的關注度——是精心策劃的,意在搶走Lucid Air的風頭。就在幾個月前,后者剛剛在紐約車展(New York Auto Show)上作為概念車首次亮相。

早在2017年年底,當時處于虧損的特斯拉還在苦苦維持經營。一年后,沙特阿拉伯決定投資Lucid Motors,而不是選擇特斯拉,盡管馬斯克進行了大量游說,甚至還早早吹噓“融資已經到位”。

Model S Plaid+的鬧劇,進一步加劇了人們對特斯拉的續航雄心的疑惑。該公司承諾,Model S Plaid+的續航里程達到837公里,在德國的售價應該是14.999萬美元。但馬斯克在發布會前幾天卻突然完全放棄這款車型。他發布推文解釋了原因。

那么Plaid續航里程也將達到800公里以上?使用4680個電池和結構性電池組?在紐博格林賽道上跑了多圈而沒有出現過熱現象?

——史蒂文·皮特斯(@aikisteve),2021年6月6日

但問題在于,原來的Plaid轎車續航里程只有637公里。因此,Model S Plaid+被放棄一事在特斯拉粉絲中引起了恐慌,他們擔心其獨特的設計,即所吹噓的4680個電池和結構性電池組配置,并沒有做好進入市場的準備。

未來走向

如今,奔馳也沒有接近于攻克1000公里續航關口。其運營主管馬庫斯·舍費爾在7月告訴記者,明年公司將推出一款名為Vision EQXX的概念車,借助更好的空氣動力學設計和更高效的傳動系統,該款車將突破1000公里的續航關口。消費者什么時候能夠買到這樣的車,誰也說不準。

眼下的問題還是要歸結于電池化學。

從經濟可行性來看,時下的鋰離子技術是否可以用于1000公里續航的車上呢?專家們持懷疑態度。大多數專家預計,只有在過渡到能量密度更高的電池之后,這一點才能夠實現,這種電池使用固態電解質來傳輸鋰離子,而不是使用液態電解質。

而且,1000公里續航太長,可能并沒有必要。

咨詢公司麥肯錫(McKinsey)的歐洲汽車行業團隊負責人安德烈亞斯·奇斯納指出,數據顯示,大多數消費者每天駕駛里程少于80公里。因此,他認為,一旦電動車駕駛者積累了足夠多的經驗,可怕的“里程焦慮”將不復存在——只要充滿電至少可以跑400至500公里。

“在那范圍以上的續航里程,顯然對營銷和汽車定位非常重要,但在日常生活中,其實并沒有那么重要。”他說,“所以我認為,未來電池將會變小,因為人們將發現,這些非常大的電池對很多消費者來說真的沒有那么重要。”

大眾汽車(Volkswagen)的ID系列電動車銷售主管西爾克·巴格希克表示認同,但她將續航門檻提高了一點。“有700到800公里的續航,你就能夠放心上路,需要去哪里就去哪里。我不認為你需要1000公里的續航。”她說道。

大眾汽車的確在開發一款B級轎車來替代大眾帕薩特(Passat),該款車具有極低的風阻系數,代號為“Aero-B”。該系列將于2023年上市,續航里程已經獲得歐洲認證,達到700公里。

蔚來仍然有可能帶來變數。它的ET7即將于明年推出,計劃進軍的市場包括在歐洲有“電動車之都”之稱的挪威。蔚來聲稱該款豪華轎車續航里程超過1000公里,但這一數字是根據過時的駕駛周期標準估算得出的。(財富中文網)

譯者:萬志文

再過幾周,梅賽德斯-奔馳(Mercedes-Benz)就將從特斯拉(Tesla)的身上奪走全球純電動汽車最長續航里程(一項至關重要的指標)的頭銜。

這家德國車企全新的EQS 450+堪稱真正的工程壯舉,其續航里程將比特斯拉的Model S超出20%。它是奔馳的第一款純電動“豪華”轎車,電動機輸出功率最高可達385千瓦。它擁有超流線型車身,此設計旨在降低風阻。正如奔馳所宣稱的,新的EQS 450+是“世界上最符合空氣動力學的量產車”。

然而,盡管做到了這一切,EQS 450+仍然遠遠沒有達到1000公里續航的重要關口——這一目標似乎比以往任何時候都更加遙不可及,即使電動車技術仍然在不斷向前發展。

那么,問題出在哪里呢?先來說說電池化學。

傳統的鋰離子電池正在逼近容量上的物理極限,能夠讓電動汽車穩定可靠地突破1000公里(約合621英里)續航關口的電池技術,可能還得等上幾年才會面世,盡管特斯拉在近四年前就承諾過要完成這一突破。

在此之前,即便是車軸之間有足夠空間容納體積最大的電池組的最長轎車,即便是在最有利的駕駛條件下,也仍然遠遠達不到這個關口。

劍指長途出行需求

奔馳最近給出的最新信息顯示,備受期待的奔馳EQS將于下月底交付給德國的第一批客戶(起價106374歐元,或12.5萬美元)。

奔馳EQS 450+入門版是迄今為止風阻系數最低的量產車型(特斯拉的首席執行官埃隆·馬斯克對此并不認同),如果選配特制空氣動力學車輪,其經歐洲認證的續航里程就可達780公里。該款車尚未在美國市場獲得美國環境保護署(EPA)的認證,它將在今年年底前進軍特斯拉的本土市場。

在歐洲,它在續航里程上輕松超過了特斯拉同檔次的Model S長續航版(據稱達652公里)。后者在德國的起價略低一點,為96990歐元。對于有長途出行需求的消費者來說,Model S目前是電動汽車市場的首選。

然而,梅賽德斯的最長續航里程寶座可能坐不了多久。

由前特斯拉Model S的首席工程師彼得·羅林森領導的初創公司Lucid Motors宣稱,其與EQS競爭的Lucid Air Grand Touring轎車續航里程達517英里(約832公里),起價13.15萬美元。這款車最早應該在第四季度開始向美國消費者交付,并可能在明年某個時候登陸歐洲市場。

馬斯克接二連三的空口承諾

奔馳和Lucid原本都不會超越馬斯克。他早在2017年年底發布原型車就信誓旦旦稱,其全新的Roadster將可以最多搭載四個人(包括行李)行駛超過1000公里。

“你將能夠以高速公路的速度從洛杉磯到舊金山開一個來回,中途不需要充電。”馬斯克在新Roadster的發布會上說,這意味著該款車的實際續航里程約為1225公里。

然而,盡管馬斯克當時保證特斯拉“正在努力”趕在預計的2020年推出日期推出新Roadster,但從他今年6月發布的最新聲明來看,他的團隊仍然在忙于打造這款車,以進一步提高扭矩和電機速度。

今年完成工程工作,明年開始生產。目標是在夏末推出可駕駛的候選設計車型。三電機驅動系統和先進的電池工作是最重要的。

——埃隆·馬斯克(@elonmusk),2021年1月28日

鑒于沒有確切的證據表明新Roadster即將問世,馬斯克的批評者指出,提前發布——意外的驚喜,搶走了同一天亮相的特斯拉Semi電動卡車的關注度——是精心策劃的,意在搶走Lucid Air的風頭。就在幾個月前,后者剛剛在紐約車展(New York Auto Show)上作為概念車首次亮相。

早在2017年年底,當時處于虧損的特斯拉還在苦苦維持經營。一年后,沙特阿拉伯決定投資Lucid Motors,而不是選擇特斯拉,盡管馬斯克進行了大量游說,甚至還早早吹噓“融資已經到位”。

Model S Plaid+的鬧劇,進一步加劇了人們對特斯拉的續航雄心的疑惑。該公司承諾,Model S Plaid+的續航里程達到837公里,在德國的售價應該是14.999萬美元。但馬斯克在發布會前幾天卻突然完全放棄這款車型。他發布推文解釋了原因。

那么Plaid續航里程也將達到800公里以上?使用4680個電池和結構性電池組?在紐博格林賽道上跑了多圈而沒有出現過熱現象?

——史蒂文·皮特斯(@aikisteve),2021年6月6日

但問題在于,原來的Plaid轎車續航里程只有637公里。因此,Model S Plaid+被放棄一事在特斯拉粉絲中引起了恐慌,他們擔心其獨特的設計,即所吹噓的4680個電池和結構性電池組配置,并沒有做好進入市場的準備。

未來走向

如今,奔馳也沒有接近于攻克1000公里續航關口。其運營主管馬庫斯·舍費爾在7月告訴記者,明年公司將推出一款名為Vision EQXX的概念車,借助更好的空氣動力學設計和更高效的傳動系統,該款車將突破1000公里的續航關口。消費者什么時候能夠買到這樣的車,誰也說不準。

眼下的問題還是要歸結于電池化學。

從經濟可行性來看,時下的鋰離子技術是否可以用于1000公里續航的車上呢?專家們持懷疑態度。大多數專家預計,只有在過渡到能量密度更高的電池之后,這一點才能夠實現,這種電池使用固態電解質來傳輸鋰離子,而不是使用液態電解質。

而且,1000公里續航太長,可能并沒有必要。

咨詢公司麥肯錫(McKinsey)的歐洲汽車行業團隊負責人安德烈亞斯·奇斯納指出,數據顯示,大多數消費者每天駕駛里程少于80公里。因此,他認為,一旦電動車駕駛者積累了足夠多的經驗,可怕的“里程焦慮”將不復存在——只要充滿電至少可以跑400至500公里。

“在那范圍以上的續航里程,顯然對營銷和汽車定位非常重要,但在日常生活中,其實并沒有那么重要。”他說,“所以我認為,未來電池將會變小,因為人們將發現,這些非常大的電池對很多消費者來說真的沒有那么重要。”

大眾汽車(Volkswagen)的ID系列電動車銷售主管西爾克·巴格希克表示認同,但她將續航門檻提高了一點。“有700到800公里的續航,你就能夠放心上路,需要去哪里就去哪里。我不認為你需要1000公里的續航。”她說道。

大眾汽車的確在開發一款B級轎車來替代大眾帕薩特(Passat),該款車具有極低的風阻系數,代號為“Aero-B”。該系列將于2023年上市,續航里程已經獲得歐洲認證,達到700公里。

蔚來仍然有可能帶來變數。它的ET7即將于明年推出,計劃進軍的市場包括在歐洲有“電動車之都”之稱的挪威。蔚來聲稱該款豪華轎車續航里程超過1000公里,但這一數字是根據過時的駕駛周期標準估算得出的。(財富中文網)

譯者:萬志文

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 Nurb??rgring 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 Sch?fer 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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