凱迪拉克XT5 28E輕混系統電池技術

當廣州車展凱迪拉克發布XT5 28E輕混車型之際，很多朋友提出了為什麼歐洲在推48V，而美國人率先推出的是90V的疑問。今天小星就從電池技術來剖析一下48V和凱迪拉克XT5 28E所用電池的區別。一起來看看吧

混合動力車型，特別是輕混系統，對電池工藝提出了更高的要求。具體要求包括：

1.t高功率密度

2.t高低溫工作性能

3.t長循環壽命

我們先來看看歐洲車廠主推的48V輕混系統電源架構。

具體來看，整個48V架構的電源網路除了傳統的48V電池，48V-12V DCDC轉換模塊和48V電機三大件以外，越來越多的高負荷48V附件模塊增加了進來。

↑全新48V架構的電源網路（來自A123 SAE論文）

按照如下列表具體來看，高負荷48V附件模塊可能包括電子懸架系統Electric suspension， 電子空調Electric AC， 電動助力轉向EPS， 電子渦輪 Electric turbo/supercharger和其他附件。總計最大瞬時功率可達25kW。

↑全新48V架構的48V側附件模塊（來自A123 SAE論文）

而目前48V輕混系統的發展瓶頸還主要是電池技術。迫切的需要48V電池技術有質的飛躍，能夠提供更高的功率密度，也就是更大的瞬時功率。這也是各個電池廠商，包括下面提到的A123（目前已被中國的萬象收購）所迫切努力的方向。

↑來自A123的48V鋰電池（來自A123官網）

現在如果你去搜索A123的官網的話，就會發現其目前提供的48V鋰電池（如上圖）為8Ah級別磷酸鐵鋰LFP鋰電池。瞬時輸出功率為15kW。具體可見如下參數規格。

↑A123的48V鋰電池參數規格（來自A123官網）

凱迪拉克XT5 28E選用的為高功率密度高性能鋰電池組。從而最大程度回收制動能量，達到了明顯的節油效果。

↑凱迪拉克XT5 傳統動力系統與輕混動力系統對比

如圖為凱迪拉克XT5 傳統動力系統與輕混動力系統對比。傳統動力系統的XT5 28T採用8速AT變速箱，綜合油耗為百公里8.7L。採用輕混動力系統的XT5 28E採用9速AT變速箱，配合450瓦時的90V鋰電池組和6.6kW/49NM電機，達到了百公里7.9L的優秀油耗。較傳統動力降低了可觀的0.8L。使得凱迪拉克XT5作為豪華SUV車型油耗成功打破了百公里8L的大關。

↑電池特性對比圖

混合動力車型，特別是輕混系統，對電池工藝提出了更高的要求。

插電式/增程式混合動力及純電動車型追求高能量密度。

混合動力，特別是輕混系統追求高功率密度。

如圖電池特性對比圖，由於插電式PHEV/增程式EREV混合動力及純電動EV車型，需要追求更長的續航里程，電池主要工作在消耗模式下。因此更追求高能量密度。目前主流的能量密度正在向200Wh/kg突破。

而混合動力，特別是輕混系統Mild Hybrid車型，需要追求更低的綜合油耗，電池主要工作在維持模式下。因此更追求高功率密度。目前主流的功率密度正在向3500W/kg突破。

1.高功率密度

↑日立高功率方形鋰離子電芯

凱迪拉克XT5 28E採用的為日立高功率方形鋰離子電芯。它的功率密度達到了驚人的5000W/kg。這個功率密度是什麼水平呢？前面提到業界正在向3500W/kg水平突破，這也是目前48V鋰電池組的功率密度水平。日立該高功率電芯的性能足足高出了50%。並且也高出普通插電式/增程式電池平均2500W/kg的水平2倍左右。而豐田普銳斯的全混動鋰電池電芯正在接近4000W/kg，已經高出了行業水平。但是離5000W/kg的性能還是有不少差距的。

↑高功率鋰電池組

凱迪拉克XT5 28E由24顆如上提到的日立高功率方形鋰離子電芯組成90V的高性能鋰電池組。如上為方形電芯組成電池組模塊的特寫圖。特別提到的一點是，該高性能鋰電池組充分考慮了模塊化。它與目前雪佛蘭邁銳寶XL全混動版和別克君越/君威全混動版使用的是相同的電芯（由80顆電芯組成300V的電池組）。由於充分的模塊化擴大了集團內電芯用量，從而降低了電池組系統成本。

↑賓士48V液冷鋰電池組

在追求高功率密度的同時，凱迪拉克採用的日立高功率方形鋰離子電芯具有良好的散熱性能。如上圖所示賓士E級採用的48V鋰電池組由於發熱量巨大需要液冷冷卻。系統成本高，且需要配備液冷管路。而凱迪拉克XT5 28E的輕混系統鋰電池組為風冷冷卻。系統成本低，不需要複雜的管路。而且該電池組較業內其他的風冷48V鋰電池組則具有更高的存儲容量。電量達到450瓦時。

↑凱迪拉克XT5 28E輕混系統

採用風冷的高功率鋰電池組位於卡迪拉克XT5 28E後排座位下方。小巧的體積使得後備箱及後排乘坐空間並沒有受到影響。保證了良好的駕乘感受。

↑凱迪拉克XT5 28E動力電池包

2.高低溫工作性能

日立在開發這款高功率方形鋰離子電芯時，在電池工藝上做了頗多改進。優化了晶體生長過程，減薄正極厚度以及降低反應阻抗。從而在提高功率密度的同時，改善了電池低溫工作性能。凱迪拉克XT5 28E輕混動力系統都經過了零下30度低溫的考驗。該電芯的低溫性能較之前的電池技術有高達30%的性能提升。

3.長循環壽命

混合動力，特別是輕混系統電池需要頻繁的充放電，因此循環壽命參數非常重要。如下圖所示，經過IEC標準的10萬次循環後，電池仍能夠保持95%的性能水平。保證了消費者正常駕駛周期所需的性能幾乎沒有明顯衰減。

↑日立高功率鋰離子電芯循環壽命示意圖

高性能的鋰電池組和相應的電池工藝，保證了凱迪拉克XT5 28E在減速的時候能夠更多的進行制動能量回收。在加速行駛的時候，能夠由電機輸出更大的功率和扭矩幫助發動機一起提供加速所需的動力。如下2張動圖介紹了凱迪拉克XT5 28E輕混系統能量回收模式和加速行駛模式的工作原理。

↑凱迪拉克XT5 28E輕混系統能量回收模式工作原理（動圖）

↑凱迪拉克XT5 28E輕混系統加速行駛模式工作原理（動圖）

綜上所述，混合動力車型，特別是輕混系統，對電池工藝提出了更高的要求（高功率密度、高低溫工作性能、長循環壽命）。凱迪拉克XT5 28E採用了日立高功率方形鋰離子電芯，功率密度高達5000W/kg。保證了凱迪拉克XT5 28E在減速的時候能夠更多的進行制動能量回收，在加速行駛的時候，能夠由電機輸出更大的功率和扭矩幫助發動機一起提供加速所需的動力。在節油的同時，提供了優良的駕乘體驗。

參考文獻與擴展閱讀：

SAE論文 SAE 2017-01-1200 高功率電芯在包括雪佛蘭邁銳寶等輕混和強混車型中的應用High Power Cell for Mild and Strong Hybrid Applications Including Chevrolet Malibu

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