奧迪 e-tron 電池組的奧秘_風聞

進入 2019 年，奧迪 e-tron 和保時捷 Taycan 開始不斷登上汽車頭條，打破了特斯拉一家獨大的局面。我們已經聊過幾次 Taycan，但一直沒有詳細講講 e-tron，今天就是 e-tron 電池組的主場。

為什麼要聊電池組，一是 e-tron 採用了我們之前聊的不多的軟包路線，二是到今天為止 e-tron 曝光的那些令人印象深刻的電池組性能和產能問題，都與軟包路線直接相關。

150 kW 快充到底有多強？

e-tron 支持 150 kW 級的直流快充，可以在 30 分鐘內完成 0-80% 的充電。官方給出的充電曲線圖是這樣的。

橫軸是電池組容量，縱軸是充電功率，所有競品（Competitors）的曲線都在 e-tron 之下。那也就是説：充電時間相同，e-tron 充的電量更多；電池組規格相同，e-tron 充得更快。

同時我們能看到，在電池組充到 75% 時，e-tron 的充電功率仍然在 125 kW 以上；達到 100% 時，仍有 50 kW 左右的充電功率。

德國智能電動汽車媒體 next move 對 e-tron 做了一次 0-100% 的充放測試，可以看到 e-tron 起步充電功率推到了 125 kW 以上，32 分鐘充到了 80%，第 47 分鐘充到 100%，但充電功率仍然維持在 50 kW 的高位。

如果和競品橫向對比呢？第三方充電運營商 Fastned 基於 175 kW 級直流快充樁做了一組純電動車充電測試。

從這張圖來看 e-tron 起步就在 135 kW 以上，在電量達到 60% 以上後仍然一度飆到了 150 kW 以上，在接近 80% 附近才充電功率才開始下降；反觀包括 Model 3 在內的所有競品都在不到 50% 的時候充電功率就開始不同程度的下降。

當然，特斯拉是個例外，Model 3 充電適配和優化的重心永遠是自家的超級充電網絡。

下面這組數據包括了第二代和第三代超充加持下的 Model 3 充電曲線，可以看到如果是最新一代 250 kW 級的第三代超充，在 0-50% 前半段 Model 3 是完勝 e-tron 的，但後半段功率下降幅度快於 e-tron；但如果是第二代超充，e-tron 基本上全程領先。

基於大量的實測數據，我們來提煉關鍵信息：

47 分鐘從 0-100%，全行業速度最快

100% 充滿時仍能達到 50 kW，全行業最快的「涓流充電」速度

0-80% 基本穩定在 150 kW 附近，全行業唯一

第一條和第二條其實可以合併來談，基於電池材料的化學特性，電池充電速度會隨着電量的上升而下降，所以大多數電動車 0-80% 和 80%-100% 的充電時間相當。這也是為什麼，特斯拉官網不建議長途出行使用超充充到 80% 以上。

但 e-tron 從 0-100% 只需要 47 分鐘，到 100% 仍有 50 kW 的功率。從前面的圖中能看到絕大多數電動車在 80% 時功率已經接近或低於 50 kW 了。這是什麼黑科技？

一個比較關鍵的設計是，e-tron 總容量 95 kWh 的電池組將可用容量限制在了 83.6 kWh，它的 0-100% 充電曲線並不是 0-95 kWh，而是 0-84 kWh 的充電曲線。這確保了逼近 100% 時仍然有較快的充電速度。

可能有人會説，那還有什麼先進的。

首先，可用容量＜額定容量是全行業通行的做法，比如 Model 3 長續航版額定 80.5 kWh，可用 75 kWh；其次，簡單換算一下，充到 84 kWh 大概是 95 kWh 總電量的 88%，你劃到上面看看競品，在 90% 附近還能做到 50 kW 功率的，幾乎沒有。

所以，e-tron 電池組到底有什麼黑科技？

軟包路線好在哪？

前面已經提到，e-tron 的電池組採用了軟包路線。所以在展開討論 e-tron 電池組前，我們先來聊聊 e-tron 為什麼要選軟包路線。

首先，**比能量高。**軟包電池的成組形式都是電芯+散熱片疊加，可以更高效地利用車內寸土寸金的空間。相對方形和圓柱的鋼鋁外殼，軟包電池的鋁塑膜包裝結構明顯重量更輕，無論是質量比能量還是體積比能量，軟包電池都有很好的表現。

比如同樣是軟包路線的通用雪佛蘭 Blot，同樣是平鋪於底盤的設計，Bolt 在 2601 mm 的軸距下佈置了 60 kWh 的電池組。

其次，**電化學結構好，循環壽命長。**從結構上來説，軟包電池的內阻更小，內阻小極大地降低了電池的能耗，同時軟包電池的循環次數也高於圓柱。

最後，**非標準化，設計靈活。**軟包電池的尺規規格可以根據不同 OEM 的需求進行訂製，研發量產全新的電芯型號。下面是 e-tron 的電池組佈局，可以看到整個 Pack 是不規則造型，有 5 個模組佈置在後排座椅下方，疊了兩層。這是 LG 化學為奧迪訂製的規格。

説了這麼多，軟包路線就沒有弊端嗎？當然有，比如非標準化的訂製電芯自動化在生產上自動化率很低；穩定性和一致性較差等等。事實上軟包路線的不足，在 e-tron 這台車上體現得淋漓盡致。下面我們結合具體設計來談。

e-tron 電池組細節

e-tron 基於奧迪 MLB 縱置模塊化平台開發，電池組設計要求一共三個：規格、耐用性及安全性。

e-tron 採用的是來自 LG 化學的軟包電芯，電池組規格 95 kWh，可用容量 83.6 kWh。整個 Pack 由 36 個模組組成，其中 5 個模組位於後排座椅下方。每個模組又由 12 片袋式軟包鋰電池組成，整個 Pack 一共容納了 432 個電芯。e-tron 的電池組和電氣系統工作電壓為 396 V。整個 Pack 除了電芯外從模組到 Pack 都是由奧迪自主設計研發的。

下面是單個 e-tron 模組的內部設計，圖片來自奧迪官網，能看到電芯的排列還是非常緊湊的，結合我們前面提到的軟包比能量高的特點，e-tron 的能量密度應該很有優勢才對。但實際上整個電池 Pack 重量達到了 715 kg，結合 95 kWh 容量能算出能量密度為 133 Wh/kg，對比特斯拉和國內新造車的參數難言領先。

也就是説，雖然軟包電芯結構和理論成組效率很高，但奧迪出於一些考慮並沒有極致地推高 Pack 能量密度。下面是 Pack 結構的設計細節。

左上是電池接線盒，往下是電池組鋁合金外殼的上層，外殼下是並排的 31 個模組，角落的黑色小方盒是電池管理控制單元。

右邊最上層的骨架是鋁合金防撞結構，往下是電池組鋁合金外殼的下層，再往下是電池組外鋁合金框架，往下是管路密集佈局的液冷系統，**液冷系統一共有 40 米長的液冷管路，注入了 22 升液冷劑。**最下方是底部防護板，用於阻隔碎石和尖鋭物體對電池組的衝擊。

電池和所有關鍵參數（如充電狀態、電源輸出和熱管理）由外部電池管理控制器（BMC）管理。BMC 位於 e-tron 右側 A 柱的前艙內。

BMC 和電機控制器、電池模組控制器（CMC）通信，每塊控制器都監控着模組的電流、電壓和温度。電池接線盒（BJB）被封裝在壓鑄鋁外殼中，位於電池系統的前部。BJB 集成了高壓繼電器和保險絲，是車輛的電氣接口。BMC，CMC 和 BJB 之間的數據交換是通過單獨的總線系統進行的。

整體來説，**e-tron 電池組散熱和安全性考量做得非常周全。**e-tron 項目技術負責人 Paul Schneider 介紹説，選擇軟包電池而不是圓柱或方形，是因為軟包更容易做好熱管理。但 e-tron 的熱管理，做得一點兒也不簡單。

首先，e-tron 實現了 150 kW 級的 0-80% 基本穩定輸入，這對電池的熱管理系統提出了非常大的挑戰。其次，前面我們提到，軟包電池的一致性是比較差的，考慮到軟包電池的單體能量遠高於圓柱（1 片軟包相當於 4 - 5 顆圓柱），要嚴格控制熱失控蔓延的情況。對於軟包電池來説，任何輕微的形變都是一場災難。

通過一個周密設計的熱管理系統把電池組牢牢控制在安全的温度、體積區間內是非常必要的。

奧迪是怎麼做的？

e-tron 的模組取消了液冷管路橫貫於電池之間的常規設計，所有的模組都緊湊地排布在一起，整個液冷管路通過熱粘合劑固定在模組下方，模組之間再注入導熱凝膠作為緩衝。當產生熱量時，導熱凝膠會將熱量均勻地傳遞到液冷系統上，確保整個 Pack 的温度處於安全的狀態。

你可能會問，這樣的設計並沒有提升散熱效率啊。相反所有的模組緊湊排布，不是增大了熱失控蔓延的風險？

注意前面提到的鋁合金防撞結構。在將冷卻管路移到模組下方後，原先多出的空間並沒有被模組填滿，e-tron 在這裏佈置了誇張的鋁合金框架。在發生碰撞的時候，這個鋁合金框架潰縮吸能，確保形變波及的模組數量降到最低，進而降低熱失控蔓延的風險。

這樣的設計一箭三雕。

首先，**規避了軟包電池的不足。**通過鋁合金、導熱凝膠和液冷系統將各個模組做物理獨立。大幅降低了軟包電池一致性低、使用後期潛在的安全隱患。

其次，**理論上提升了安全性。**物理區隔開來的另一個好處是，理論上可以降低電池組發生意外形變時熱失控蔓延的概率。雖然還沒有經過實際驗證，但從設計角度，e-tron 的安全防護是堆得很足的。

第三，**高效的熱管理系統是快充的基礎。**導熱凝膠和密集的液冷管路將 e-tron 電池組的温度波動控制在 25 度 - 35 度的最佳温度區間內，保證了 0-80% 充電基本穩定在 150 kW 之間。

當然，這種設計也有一些犧牲。首先，軟包電池比能量高的優勢不復存在，加裝底部防護板後整個 Pack 達到了 715 kg，能量密度降到了 133 Wh/kg，與蔚來 ES8 70 kWh 版本的能量密度大致相當。

我們文章開頭提到「e-tron 曝光的那些令人印象深刻的電池組性能和產能問題，都與軟包路線直接相關」，性能也就是 150 kW 快充，那麼產能呢？面對超 20000 個積壓訂單，奧迪布魯塞爾的 e-tron 製造工廠運營時間最近降到了 6 小時/天，每週工作日也從 5 天下降到了 4 天。 

因為位於波蘭的 LG 化學工廠正在同時為奔馳 EQC、捷豹 I-PACE 和奧迪 e-tron 供應電池。由於軟包電池的生產自動化率較低，高端鋁塑膜的工藝還不夠成熟，對大批量生產的產能爬坡形成了很大的挑戰。捷豹路虎 CEO Ralf Speth 此前公開表示限制 I-PACE 銷量的不在於捷豹的產能，而在於捷豹能採購到多少電池。 

同樣的，LG 化學的電池產能不足也直接限制了 e-tron 產能的爬坡。 

最後來總結一下，當我看到 e-tron 令人印象深刻的快充和高達 715 kg 的電池組質量、產能爬坡出現挑戰於一體時，立刻想到了特斯拉首席電機設計師 Konstantinos Laskaris 説過的一段話。

在車輛設計中，總是存在性能和制約性能的衝突。這些參數與性能、能耗、車身設計、質量和成本有關。所有這些指標都在某種程度上相互衝突。理想情況下，你希望它們共存，但考慮到成本限制，需要做出一些妥協。

奧迪做好快充這個用户體驗痛點，但在整備質量、能耗方面做出了犧牲。但不管怎麼説，e-tron 的表現還是優於大多數傳統陣營的純電動車。有鑑於此，我們會繼續關注奧迪的下一款純電動車。