理想的首款純電車(chē)型—MEGA，幾乎拿到了公司最精銳的資源，無(wú)論是研發(fā)、供應(yīng)鏈還是宣發(fā)，也在社交平臺(tái)獲得了空前熱度。但這款MPV產(chǎn)品差點(diǎn)失敗。
2019年下半年，理想汽車(chē)CEO李想帶著家人，駕駛一輛奔馳威霆在秦皇島度假。這輛MPV的乘坐體驗(yàn)給旅途增加了不快，而更讓李想難以接受的是，自己創(chuàng)建了一個(gè)家庭用車(chē)公司，卻需要駕駛別家的汽車(chē)出游。此后，產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)收到來(lái)自李想的指令，做一輛真正面向家庭的MPV。
但沒(méi)有成功。因?yàn)榛诋?dāng)時(shí)的增程技術(shù)，MPV的空間利用率只能做到67%，幾乎和自家的旗艦SUV車(chē)型L9持平，理想只能擱置。理想所追求的超70%空間利用率和沒(méi)有續(xù)航焦慮，只能在一款快速補(bǔ)能的純電車(chē)上實(shí)現(xiàn)。
直到2020年，電池技術(shù)的突破帶來(lái)轉(zhuǎn)機(jī)，理想汽車(chē)電池負(fù)責(zé)人柳志民帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)和寧德時(shí)代達(dá)成了電池技術(shù)開(kāi)發(fā)合作，他們錨定一個(gè)目標(biāo)：不犧牲能量密度的前提下，做出一款4C或者5C超快充電池。理想MPV MEGA再次有了雛形。
“C”指的是充電倍率單位，簡(jiǎn)單來(lái)講，幾C就是在幾分之一個(gè)小時(shí)內(nèi)將電池充滿(mǎn)?，F(xiàn)在市面上廣為人知的4C快充可以在15分鐘內(nèi)將電池充滿(mǎn)，而理想的5C則可做到12分鐘。
日前，MEGA的信息已經(jīng)揭幕，理想宣稱(chēng)，這款5.35米長(zhǎng)的純電MPV配備了和寧德時(shí)代聯(lián)合開(kāi)發(fā)的5C充電倍率電池，系統(tǒng)能量密度達(dá)到170Wh/kg，以104度（kWh）的電量，支撐了超700公里續(xù)航。而更關(guān)鍵的是，這款車(chē)搭載5C電池后的補(bǔ)能效率，接近類(lèi)加油體驗(yàn)，“充電12分鐘補(bǔ)充500公里續(xù)航”。
純電動(dòng)車(chē)產(chǎn)品困于補(bǔ)能效率，市場(chǎng)增長(zhǎng)速度已經(jīng)放緩，如果“12分鐘補(bǔ)能500公里”能力可以?xún)冬F(xiàn)，無(wú)疑會(huì)再次拉動(dòng)電動(dòng)車(chē)的普及速度。
理想也瞄準(zhǔn)了這個(gè)目標(biāo)。他們的5C電池不光用在50萬(wàn)元價(jià)位的MEGA，也將下放到更低價(jià)位區(qū)間?！昂罄m(xù)我們可以開(kāi)發(fā)40 萬(wàn)（元）、30萬(wàn)、乃至20萬(wàn)車(chē)型，無(wú)論價(jià)格多少，我們每一代純電車(chē)都要達(dá)到5C的水平。”理想汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)總經(jīng)理柳志民說(shuō)。
36氪PowerOn日前交流了理想汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)總經(jīng)理柳志民、寧德時(shí)代乘用車(chē)CTO高煥以及合作周邊人士，試圖還原這場(chǎng)技術(shù)突破歷程。
#01
聚焦超充，垂性研發(fā)
“增程”是理想汽車(chē)身上最深的標(biāo)簽之一，也讓這家公司至今伴隨爭(zhēng)議。但是和行業(yè)既有的印象不同，這家主打增程車(chē)的公司早在5年前就著手了超快充電池開(kāi)發(fā)。
據(jù)柳志民講述，理想汽車(chē)開(kāi)始超充電池研發(fā)的節(jié)點(diǎn)是2018年，甚至距離理想首款車(chē)?yán)硐隣NE的上市還有一年時(shí)間。2019年，理想鎖定了超充電池的基礎(chǔ)技術(shù)框架——車(chē)端使用800V高壓平臺(tái)，在電芯層則采用中鎳高壓體系以及方形鋁殼的形狀。
對(duì)超充電池的核心指標(biāo)，理想的要求并不復(fù)雜：保證能量密度、做到4C或者5C超快充，而后者對(duì)應(yīng)的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)是電池內(nèi)阻降低到0.3毫歐以下。
接觸該項(xiàng)目的人士向PowerOn表示，這些基礎(chǔ)指標(biāo)一開(kāi)始就敲定了，甚至量產(chǎn)時(shí)間也規(guī)劃在2023年底（因?yàn)橄攵嘧鲵?yàn)證，有所推遲）。至今，除了材料體系從A樣的8系高鎳換到量產(chǎn)的6系，基礎(chǔ)指標(biāo)基本沒(méi)有大的變化。
鎖定明確目標(biāo)后，理想汽車(chē)一路過(guò)濾掉了大量電池供應(yīng)商。據(jù)柳志民回憶，早期三星SDI曾專(zhuān)門(mén)派出了一個(gè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，在疫情期間克服了很多困難，從韓國(guó)來(lái)到理想總部聯(lián)合研發(fā)，耗時(shí)3個(gè)月的時(shí)間，雙方合作做出了幾款樣品，但性能指標(biāo)都未能達(dá)到理想要求。
多方?jīng)Q策后，理想還是鎖定了寧德時(shí)代做聯(lián)合開(kāi)發(fā)。當(dāng)然，合作也不是一蹴而就，2020年后，寧德時(shí)代是當(dāng)之無(wú)愧的行業(yè)資源方，也會(huì)收到大量新技術(shù)需求，包括半固態(tài)電池、飛行汽車(chē)電池等，不是所有需求都能獲得立項(xiàng)支持。
理想的超快充方案，同樣超出了寧德時(shí)代的既有產(chǎn)品邊界。早在2017年，寧德時(shí)代就已經(jīng)推出了4C倍率電池， 但寧德時(shí)代乘用車(chē)CTO高煥向PowerOn直言，這款電池“犧牲了能量密度和續(xù)航里程”，只能支撐續(xù)航里程到200多公里。
如何滿(mǎn)足理想的要求，仍然是一個(gè)難題。理想汽車(chē)提出的思路就是降低內(nèi)阻，據(jù)PowerOn了解，理想曾經(jīng)從行業(yè)頭部電池公司招募多名博士工程師，主要研究學(xué)科就是電池阻抗分析，也給超充電池項(xiàng)目提出了拆解內(nèi)阻的思路。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)幾輪測(cè)試，雙方認(rèn)定方案可行，合作才得以順利推進(jìn)。
當(dāng)然，超快充電池也在寧德時(shí)代的戰(zhàn)略路徑上。寧德時(shí)代乘用車(chē)CTO高煥表示，當(dāng)時(shí)寧德時(shí)代的判斷是電動(dòng)車(chē)要緩解補(bǔ)能焦慮，不是一味提升能量密度，也要解決充電效率問(wèn)題，而且“光有電池不行，也要有終端整車(chē)公司、充電網(wǎng)絡(luò)的支持”，而“理想汽車(chē)對(duì)純電賽道或者說(shuō)整車(chē)的定義比較明確，我們認(rèn)為時(shí)機(jī)到了，所以一拍即合?！?/p>
2020年，雙方正式開(kāi)啟聯(lián)合工程開(kāi)發(fā)，2021年，完成電池架構(gòu)方案開(kāi)發(fā)，2022年，全方位測(cè)試驗(yàn)證，到2023年，理想-寧德時(shí)代麒麟5C電池開(kāi)啟量產(chǎn)。
雙方為這個(gè)耗時(shí)36個(gè)月的電池項(xiàng)目都投入了空前資源。柳志民披露，雙方總共為理想-寧德時(shí)代麒麟5C電池投入了超過(guò)1000人，理想汽車(chē)電池團(tuán)隊(duì)接近300人，有70%投入在超充電池上。而行業(yè)中，電池公司一般為車(chē)企項(xiàng)目配置的人員不會(huì)超過(guò)20人，寧德時(shí)代也幾乎為理想的5C電池投注了遠(yuǎn)超規(guī)格的研發(fā)資源。
一個(gè)以增程為標(biāo)簽的車(chē)企，如何說(shuō)服并調(diào)動(dòng)全球頭號(hào)電池巨頭，完成并量產(chǎn)一款最高充電倍率達(dá)到5C的電池？柳志民向PowerOn總結(jié)了兩條經(jīng)驗(yàn)，首先是聚焦，“我們對(duì)超充非常聚焦，沒(méi)有分散精力去做圓柱、刀片，也不會(huì)為了自研自制而去做電芯自研自制?！?/p>
其次是垂性研發(fā)，追求足夠的研發(fā)深度，通過(guò)這兩點(diǎn)，在方向上引領(lǐng)供應(yīng)商。
而在這個(gè)合作框架下，理想汽車(chē)和寧德時(shí)代得以攻破多個(gè)技術(shù)關(guān)卡，最終將超快充電池推向量產(chǎn)。據(jù)PowerOn從產(chǎn)業(yè)鏈獲悉，理想在電池研發(fā)上，已經(jīng)深入材料級(jí)，且已經(jīng)建立起一條材料小試線(xiàn)，支持日常開(kāi)發(fā)。
#02
如何做到既要又要？
對(duì)于電池技術(shù)來(lái)講，如果只想單純的提升電池充電倍率并不是一件難事，但這需要以犧牲其他的性能指標(biāo)為前提。
理想對(duì)5C超充電池的需求是，在有限的車(chē)身底盤(pán)空間內(nèi)滿(mǎn)足 700 公里的續(xù)航需求，循環(huán)壽命與2C倍率相當(dāng)，并且做到5C超充。
不僅如此，理想還同步要求這款產(chǎn)品可以在充電時(shí)長(zhǎng)上維持高倍率快充達(dá)到10多分鐘，而目前行業(yè)里宣稱(chēng)的高倍率快充電池，通常只能維持5分鐘。
這種“既要又要”就成為了一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。 柳志民介紹了理想和寧德時(shí)代的做法。
動(dòng)力電池的充放電過(guò)程其實(shí)就是鋰離子在正極與負(fù)極間穿梭的過(guò)程，而想要提升電池的超充性能，就需要提升鋰離子在各個(gè)環(huán)節(jié)的穿梭速度。
鋰離子電池充放電過(guò)程（圖源：網(wǎng)絡(luò)）
柳志民介紹到，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的分解，理想最終明確：限制充電速度核心瓶頸在于鋰離子嵌入負(fù)極的速度，鋰離子穿過(guò)隔膜的速度，以及鋰離子穿過(guò)材料界面的速度。針對(duì)以上三項(xiàng)，理想和寧德時(shí)代開(kāi)始做專(zhuān)門(mén)的技術(shù)研究和突破。
柳志民對(duì)理想5C超充電池的負(fù)極、正極、電解液、隔膜等關(guān)鍵材料的改善一一做出闡述。發(fā)現(xiàn)，寧德時(shí)代官網(wǎng)上所展示的針對(duì)超快充領(lǐng)域的前沿技術(shù)，超電子網(wǎng)、快離子環(huán)，各向同性石墨、超導(dǎo)電解液、高孔隙隔膜等等，幾乎全部在理想這款5C超充電池上有所應(yīng)用。
寧德時(shí)代前沿技術(shù)（圖源：寧德時(shí)代官網(wǎng)）
以超導(dǎo)電解液為例，雙方開(kāi)發(fā)了 5C 獨(dú)有的電極液，在里面加了三種添加劑，這樣能夠有效的在電解液和負(fù)極的接觸面形成薄且均勻的界面膜。這個(gè)界面膜只有8納米，而傳統(tǒng)的界面膜有20納米。因此可以做到鋰離子穿過(guò)界面的速度更快。
一位資深電池工程師對(duì)PowerOn評(píng)價(jià)道，“8納米和20納米對(duì)鋰離子穿過(guò)界面速度的改善非常微小”。但即便如此細(xì)節(jié)之處，理想與寧德時(shí)代也在不遺余力的去做突破。
當(dāng)然，對(duì)材料體系的技術(shù)掌控，寧德時(shí)代早已熟稔，針對(duì)超快充電池做相應(yīng)優(yōu)化，并不算巨大的挑戰(zhàn)。而更為棘手的實(shí)際是：維持長(zhǎng)時(shí)間高倍率充電之下，如何控制電池發(fā)熱。
任何電池在充電時(shí)都會(huì)產(chǎn)生溫度的升高，尤其是在大電流、長(zhǎng)時(shí)間的充電條件下，溫升會(huì)極其明顯。最終，控制超充電池發(fā)熱被拆分為兩個(gè)環(huán)節(jié)，第一，降低電芯自身的產(chǎn)熱，也就對(duì)應(yīng)到降低內(nèi)阻，第二，增強(qiáng)整個(gè)電池系統(tǒng)的散熱，這就需要更大面積的水冷。
降低電芯的內(nèi)阻是一項(xiàng)艱難工程。柳志民說(shuō)，最開(kāi)始做出的超充電池內(nèi)阻在0.5毫歐，但理想需要在要滿(mǎn)足能量密度和壽命等綜合指標(biāo)的基礎(chǔ)上，把內(nèi)阻降到0.3毫歐。
“很多早期的電池合作伙伴都在這件事情上失敗了，寧德時(shí)代最初也只做到了降低至0.38 毫歐，如果再進(jìn)一步降低到0.3毫歐，那就只能去犧牲10%-15%的能量密度，這意味著續(xù)航里程要減少 60- 80 公里。我們不能接受?！?/p>
隨后，理想與寧德時(shí)代聯(lián)合對(duì)電芯進(jìn)行了原子級(jí)拆解，從材料、極片，最基礎(chǔ)的電化學(xué)原理去拆解。
柳志民對(duì)此段經(jīng)歷感慨道，“我們的團(tuán)隊(duì)投入了5-6個(gè)博士，花了半年的時(shí)間才和寧德時(shí)代達(dá)成了精準(zhǔn)穩(wěn)定的拆解方法。最終我們將內(nèi)阻拆成了17個(gè)影響因素，逐項(xiàng)一條一條的去尋找優(yōu)化的路徑，最終把我們電芯的內(nèi)阻降到0.3毫歐以下?！?/p>
從0.38毫歐降低到0.3毫歐，理想5C超充電池的產(chǎn)熱功率降低了25%，整體的電池溫升降低了7度。
解決了電芯產(chǎn)熱之后，就需要解決電池包的散熱問(wèn)題。理想的5C超充電池用到了寧德時(shí)代的麒麟架構(gòu)，這套架構(gòu)的核心是大面積水冷技術(shù)：不同于平鋪在電芯底部的液冷系統(tǒng)，麒麟架構(gòu)是將液冷板置于電芯之間，這樣更大面積的散熱保證了電池包的性能。
同時(shí)，麒麟結(jié)構(gòu)的液冷板做成了一個(gè)彈性的設(shè)計(jì)，可以緩解電池在充放電過(guò)程中的膨脹與收縮的問(wèn)題。麒麟結(jié)構(gòu)讓電池包的散熱面積的話(huà)增加了5 倍，最大散熱功率達(dá)到了16kW。
結(jié)合此前電芯內(nèi)部?jī)?nèi)阻的降低，理想在保證能量密度、循環(huán)壽命以及安全性的基礎(chǔ)上，做出了5C超充電池，電池峰值電流超過(guò)了700A，峰值功率達(dá)到了520kW。
柳志民對(duì)此十分滿(mǎn)意，“我們從 10% 到 80% 的充電過(guò)程中，最大的充電功率可以超過(guò) 520kW ，最小的充電功率，就是在 80% 這個(gè)位置上，也可以做到大于 310kW ，310kW 已經(jīng)大于友商的充電峰值功率。”
#03
5C之爭(zhēng)
關(guān)于理想汽車(chē)這款麒麟超充電池究竟是4C還是5C的爭(zhēng)議，一度充斥行業(yè)。寧德時(shí)代在官方發(fā)布中提到的是麒麟4C超充技術(shù)，并未發(fā)布過(guò)5C，而理想汽車(chē)基于同樣的技術(shù)平臺(tái)，宣稱(chēng)做到了5C，這中間的差距一度成謎。
理想汽車(chē)也在此次溝通中公布了充電曲線(xiàn)圖，能明顯看到，理想汽車(chē)的充電功率做到了520kW的5C充電功率，而且能維持約2分半鐘時(shí)間。柳志民坦言，“我們說(shuō)的5C電池，是說(shuō)峰值功率可以達(dá)到5C?！?/p>
以業(yè)內(nèi)主打超充性能的多款車(chē)型對(duì)比來(lái)看就可以發(fā)現(xiàn)端倪，從最初搭載800V平臺(tái)的保時(shí)捷Taycan，再到小鵬G9、昊鉑HT以及智己LS6等車(chē)型，僅有小鵬G9的4C版本充電峰值功率超過(guò)了400kW，而理想的5C超充則做到了峰值功率520kW。
業(yè)內(nèi)部分800V車(chē)型充電峰值功率數(shù)據(jù)
有行業(yè)工程師告訴PowerOn，把4C電池用到5C并不稀奇，而能讓電池峰值充電功率達(dá)到520KW，且維持2分多鐘時(shí)間，則相當(dāng)大膽。
該工程師透露，寧德時(shí)代開(kāi)發(fā)的電池，通常留有足夠的能力和安全余量，“甚至給你的可用能力是邊界能力的70%乃至更低”。這套電池里面有各種參數(shù)，像一個(gè)魔盒，車(chē)企想用到更高能力，就類(lèi)似CPU中的超頻使用，首先需要寧德時(shí)代在BMS端提供支持，其次，要有穩(wěn)健的防護(hù)體系和大量的數(shù)據(jù)，可以確保一個(gè)使用邊界。
而是否對(duì)電池超頻使用，例如維持5C充電在2分半，而不是更久，將涉及到一系列復(fù)雜指標(biāo)，“包括對(duì)溫度的限制，對(duì)電流的限制，還有結(jié)構(gòu)件過(guò)流的限制，以及是否造成析鋰，影響電池壽命等等，所以最終是從綜合限制中取安全值?！?/p>
為了做出這款電池，理想與寧德時(shí)代聯(lián)合開(kāi)發(fā)了一款數(shù)據(jù)模型來(lái)探測(cè)電池充電的邊界。“理想這款超充電池其實(shí)能達(dá)到7C的充電倍率，但我們考慮了容量、內(nèi)部溫度等多方潛在的因素，做了一個(gè)冗余方案設(shè)計(jì)，最終我們只使用5C，來(lái)保證充電過(guò)程的安全?！绷久裾f(shuō)。
他告訴PowerOn，這個(gè)底氣也來(lái)自理想汽車(chē)大量的電池裝車(chē)數(shù)據(jù)，理想目前共交付約55萬(wàn)輛車(chē)，“無(wú)一例因?yàn)殡娦驹驅(qū)е聼崾Э厥鹿省?，而且，這55萬(wàn)輛的裝車(chē)規(guī)?！靶纬闪送暾碾姵卦蛹?jí)電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而絕大部分增程電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是適用于純電車(chē)型”。
此外，在實(shí)驗(yàn)層面，理想汽車(chē)也做了冗余測(cè)試。
柳志民舉了這樣一個(gè)例子。業(yè)內(nèi)正常的熱失控實(shí)驗(yàn)，是在 25 攝氏度的環(huán)境中，在電池水冷系統(tǒng)正常工作的情況下，將電芯加熱到起火，要求 5 分鐘內(nèi)電池不爆炸無(wú)明火，這樣可以給用戶(hù)留出足夠的逃生時(shí)間。
而理想則將電池放在 50 攝氏度的環(huán)境中，在水冷系統(tǒng)不工作的情況下，也要做到同樣的水平。 柳志民說(shuō)：“當(dāng)時(shí)我們把需求提給寧德時(shí)代的時(shí)候，寧德時(shí)代都覺(jué)得這是一個(gè)令人發(fā)指的指標(biāo)，這種情況的發(fā)生概率只有十萬(wàn)分之一?！?/p>
而理想的邏輯是，一旦有極端碰撞的情況發(fā)生，直接將電池水冷系統(tǒng)撞壞，也要保證乘客的安全。
電動(dòng)車(chē)普及之路上最大的關(guān)隘就是電池技術(shù)不夠成熟，而這是一個(gè)迭代和發(fā)展的過(guò)程，離不開(kāi)對(duì)市場(chǎng)需求有敏銳洞見(jiàn)的終端公司，同樣需要技術(shù)資源雄厚、戰(zhàn)略眼光長(zhǎng)遠(yuǎn)的產(chǎn)業(yè)技術(shù)公司，雙方共同探索，才能將這條曲折的道路走通。