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作者｜王飛，郵箱｜wf@pingwest.com
理想MEGA近日刷屏了。
但我們發(fā)現(xiàn)關(guān)于理想MEGA的由來很多人沒有講到，其實故事來自于理想汽車創(chuàng)始人李想——
幾年前，李想本人開著一輛知名豪華品牌的商務(wù)MPV帶著一家人去阿那亞度假，路上他一邊開一邊罵，功能和體驗都太差了，于是回到公司后召集了一些高管說，我們能不能做一輛MPV。
不過當(dāng)時的“配套”并不滿足理想對于這輛MPV的要求，比如把一個1.5T的發(fā)動機(jī)增程器懟進(jìn)前機(jī)艙之后，加上連桿懸架后發(fā)現(xiàn)它太寬了，已經(jīng)超過兩米，然后也嚴(yán)重侵占了座艙空間，最后導(dǎo)致“得房率”不行，于是研究一段時間后作罷，計劃暫時擱置。
后來純電平臺上來之后，縮小的電機(jī)滿足了這樣的設(shè)計要求。于是，MPV的想法卷土重來——最重要的是，他們不是為了造一輛MPV而造MPV，而是因為電機(jī)的特性滿足了他們對于MPV最重要的特性——空間得房率的要求，于是決定再次試試重新打造一輛舒適、安靜、大空間旗艦的MPV。
這是理想打造很多產(chǎn)品的邏輯原則——它不應(yīng)該是為了造某種形態(tài)產(chǎn)品而造某種汽車類別，而是技術(shù)應(yīng)該在最能體現(xiàn)它作用的場景里、形態(tài)上發(fā)揮作用。
電機(jī)天然的縮小了汽車工程機(jī)械層面的“公區(qū)”空間，放大了座艙的使用面積。在極其強(qiáng)調(diào)空間的MPV上，有天然的優(yōu)勢。于是，理想MEGA來了。
當(dāng)然，還有一個重大的技術(shù)突破——電池和快充技術(shù)。
理想MEGA帶來的不光是大空間，還有麒麟5C超快充電池——他們認(rèn)為如果補(bǔ)能問題不得到解決，那么長途旅行一定談不上舒適。
可以說，沒有電池和快充技術(shù)的突破，就不會有理想MEGA這個產(chǎn)品，也不會有所謂的純電平臺和戰(zhàn)略。
在首批理想MEGA的品鑒會上，我們看到了這輛“公路高鐵”MEGA，除去外形設(shè)計和內(nèi)裝豪華舒適上的震撼外，我們也非常關(guān)心這輛車的一系列技術(shù)突破。我們和理想汽車動力電池高級總監(jiān)柳志民博士，寧德時代國內(nèi)乘用車事業(yè)部CTO高煥聊了聊這塊麒麟5C超快充電池的技術(shù)溯源和誕生。第一次造這么大電動車的理想，怎么就做出了這塊12分鐘充500公里的最速電池？
理想寧德聯(lián)手：1000人，36個月
理想一開始要做純電車的時候，就錨定了一個補(bǔ)能的關(guān)鍵指標(biāo)：12分鐘500公里。
而理想超充電池的開發(fā)，最早可以追溯到2018年。2018年理想ONE發(fā)布后，內(nèi)部就已經(jīng)啟動了超充相關(guān)的技術(shù)研發(fā)工作。不過由于當(dāng)時沒有技術(shù)基礎(chǔ)，理想從0開始摸索，經(jīng)過大半年時間的摸索后，2019年理想鎖定了800V的平臺。
800V的平臺，對于同樣的電軸密度，同樣的電流，可以實現(xiàn)充電功率增長一倍，這被理想認(rèn)為是一個基礎(chǔ)性能指標(biāo)。
柳志民回憶稱，對當(dāng)時的電池體系進(jìn)行綜合研究后——包括現(xiàn)在采用的方形鋁殼，會有圓柱，以及刀片電池方案，最終選擇了方形鋁殼電池。而放棄刀片和圓柱電池，主要是因為這兩個電池外形物理方面限制了電池充電的峰值備率——“目前看只能夠做到3C的性能”。
明確了技術(shù)指標(biāo)之后，理想接觸了不少國內(nèi)外的頭部電池廠。
但真正能夠?qū)崿F(xiàn)理想給出的綜合指標(biāo)，包括超充倍率性能、大單量需求以及安全性的設(shè)計等要求的供應(yīng)商少之又少。其中，韓國三星也非常重視理想MEGA的項目，派出了一個龐大的專家團(tuán)隊，但歷時幾個月后，做出的樣品的綜合指標(biāo)還是差了一些。
2020年，理想決定鎖定寧德時代做聯(lián)合開發(fā)——因為當(dāng)時只有寧德時代能夠做出接近綜合指標(biāo)的樣品。
2021年，理想明確了基本的電池架構(gòu)，就是在麒麟電池的架構(gòu)上開發(fā)5C充電倍率的技術(shù)產(chǎn)品。
麒麟電池示意圖，圖片引用自寧德時代官網(wǎng)
這里給麒麟5C電池做一個簡單的科普：大家熟悉的寧德時代開發(fā)的麒麟電池，其實是一個架構(gòu)，本質(zhì)上定義的是電芯和冷板的一個相對位置關(guān)系。比如傳統(tǒng)的電芯就是站在冷板上，但麒麟電池的架構(gòu)設(shè)計是，在電芯和電芯之間加入冷板。
5C其實就是峰值充電倍率的體現(xiàn)。
其實可以簡單理解，C是用來表示電池充放電時電流的大小數(shù)值，也就是形容充放電速度快慢的一個數(shù)值。當(dāng)然，C越大速度越快。理論上，充放電倍率則是充放電電流/額定容量得出的數(shù)據(jù)，所以1C基本上就是一小時充滿，2C就是半小時充滿——當(dāng)然這里指的是峰值倍率。
理想和寧德時代就基于這樣的基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)，設(shè)定了幾個核心開發(fā)內(nèi)容：第一個是聯(lián)合開發(fā)能夠支持5C倍率的電芯，速度意味著溫度的急劇上升以及熱失控，所以同時聯(lián)合開發(fā)5C的熱管理系統(tǒng)，最后就是聯(lián)合開發(fā)5C電池的安全管理架構(gòu)。
行業(yè)里通常開發(fā)電池的團(tuán)隊大概在幾十人左右。而歷經(jīng)三年時間，寧德時代和理想的聯(lián)合開發(fā)團(tuán)隊急劇擴(kuò)張到了1000人，其中理想大概有300名左右的開發(fā)人員，寧德時代投入了接近700人的開發(fā)團(tuán)隊。
為什么需要這么多人？
高煥稱，技術(shù)分解下來，第一是要有最先進(jìn)的基礎(chǔ)化學(xué)體系，包括正極材料、負(fù)極材料、電解液，這需要大量的材料科研人員。然后，包括電芯的殼體，以及熱管理結(jié)構(gòu)的設(shè)計，也需要大量的結(jié)構(gòu)工程師、科研人員。第三，在項目協(xié)調(diào)上，還有一部分人員，理想也在加深對電池的理解，因為只有這樣才能夠更充分地討論，更有效、更高效地創(chuàng)新。另外，整個麒麟電池要做出來，從電芯的工藝、設(shè)備到Pack的工藝、設(shè)備，以及生產(chǎn)的工程師，都是特定的人員。
電化學(xué)世界沖擊極限
柳志民認(rèn)為，理想在自己產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)新上有一些和大部分的技術(shù)路線不同的地方。比如，理想早期開始做“超充電池”，“超充電池”其實從頂層的整車需求向下分解，分解到電池需求，從電池分解到材料工藝等很多程度的分解。
這其實正是在配合中理想團(tuán)隊要發(fā)揮的工作。
而寧德時代提出了麒麟架構(gòu)時，雖然是一個非常有亮點的解決方案，但是真正要搭載上車的話，高煥認(rèn)為寧德的核心專長在電芯，還有整個Pack制造這一塊。但怎么樣跟整車配合，尤其是和理想MEGA這樣的MPV來配合，比如說在整個車的機(jī)械結(jié)構(gòu)上面，側(cè)柱碰、底部球擊、離地間隙、乘員空間上，如何來跟MEGA匹配？MEGA的風(fēng)阻系數(shù)也非常好，如何來搭載，才能既保證造型和風(fēng)阻系數(shù)，又不犧牲乘員倉的空間，對電池應(yīng)該有怎樣的外框架要求——這些對寧德時代來講是很大的挑戰(zhàn)，也需要雙方不斷去磨合。
在設(shè)計之初，首先理想希望獲得一個大的峰值倍率，同時是希望峰值倍率可以維持一個較長的時間。
簡單來說，核心技術(shù)基座來源于三點。
第一，對于電芯的材料體系和工藝相關(guān)、對于充電動力學(xué)的優(yōu)化，讓電芯具備這樣的能力。第二，控制電池的溫度，能夠不因為溫度限制功率，其核心的邏輯就是要把電芯的內(nèi)阻降低，同時把系統(tǒng)的散熱能力提升。在電芯的內(nèi)阻上，理想從最初的0.5到0.38、最后到0.3毫歐以內(nèi)。第三，應(yīng)用麒麟架構(gòu)，因為它冷板和電芯的位置關(guān)系，能夠在短時間內(nèi)大幅散熱。
其中，降低內(nèi)阻，來自于化學(xué)體系的進(jìn)化。
其實，快充/快放可以簡單理解為電池正負(fù)極之間的離子的流動速度。而速度快，也意味著內(nèi)阻低。
行業(yè)內(nèi)認(rèn)為，使用高電導(dǎo)的電極材料（碳包覆，改性提高鋰擴(kuò)散系數(shù)，減小粒徑縮短擴(kuò)散路徑）、使用更多的導(dǎo)電劑、涂布更薄的電極（讓傳質(zhì)擴(kuò)散距離變短）都是典型的功率快充型電池的設(shè)計思路。
柳志民稱，首先是負(fù)極石墨快充性能的提升，通過縮短石墨顆粒尺寸和多端面技術(shù)、超離子環(huán)包覆技術(shù)、超充體相改性技術(shù)來提升充電能力，整個充電性能提升了1.2倍。其次是電解液，理想開發(fā)專屬的5C電解液，用了獨有的三款添加劑，對SEI膜進(jìn)行調(diào)控，形成薄、均勻、致密的界面膜，大幅降低了界面膜厚度。基于此，我們的充電動力學(xué)提升了30%。
對于隔膜的改善，優(yōu)化體現(xiàn)在兩個方面，提升孔隙率和降低曲折度，這部分優(yōu)化5C電池整體動力學(xué)提升了10%。
伴隨著電芯負(fù)極、電解液、隔膜三個方面的核心技術(shù)突破，最終實現(xiàn)了電芯峰值倍率提升到5C，實現(xiàn)了峰值電流超過700A的大電流充電能力。
高煥也認(rèn)為，雖然材料領(lǐng)域這幾年基本沒有顛覆性的變化。但是在電芯內(nèi)部，有非常大的迭代。
前幾年，國家的政策和行業(yè)內(nèi)都是傾向于長里程或者說能量密度，解決人們的里程焦慮。這幾年500-800公里的續(xù)航，甚至上千公里的車已經(jīng)屢見不鮮了，焦慮程度有所緩解，但行業(yè)內(nèi)開始追求解決快充的問題。
雖然從最基礎(chǔ)的分子層級來講，磷酸鐵鋰和三元鋰確實沒有多大的變化，但是整個電池作為一個系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)分為正極、負(fù)極、隔離膜、電解液。在封裝的殼子里面，其實就是一個相對小一點的電芯系統(tǒng)，它們之間要互相配合，這里面發(fā)生了一些迭代。
高煥舉例稱，比如說麒麟超充電芯的正極，肯定要用到超電子網(wǎng)，包括神行也是一樣的。神行主要是磷酸鐵鋰的材料，導(dǎo)電率比三元鋰要更差一點，所以必須要有超電子網(wǎng)的覆蓋，鋰離子的傳導(dǎo)才會更好。第二，材料的結(jié)構(gòu)上面要產(chǎn)生一些變化，要有利于鋰離子的脫出和重新的嵌入。第三，材料的尺寸維度也要做一些變化，如果做一個這么大尺寸的話，鋰離子從固相擴(kuò)散，從里面跑到外面來，是很長的路徑，這里面的阻抗是很大的，這也是為什么我們要做到0.3以內(nèi)的內(nèi)阻。這里其實在正極材料上就發(fā)生了很多變化，從內(nèi)部到尺寸到顆粒上。
從正極材料上跑出來之后，要經(jīng)過電解液。寧德時代針對電解液也進(jìn)行了優(yōu)化，提升了電導(dǎo)率水平。
電解液之后，到了負(fù)極材料，必須要接納從正極發(fā)射過來的鋰離子。那么如何讓鋰離子快速嵌入到負(fù)極材料，負(fù)極材料也要做一個很好的快離子環(huán)設(shè)計，讓鋰離子能夠很快地通過最短路徑到石墨里面，不然它就會析出在表面，既損失了容量，又可能會帶來一些安全可靠性的問題。
最終，在理想和寧德時代的聯(lián)合攻關(guān)下，實現(xiàn)了這個最大功率大于520kW，充電到80%功率也可以做到大于300kW的麒麟5C超快充電池。
麒麟=散熱安全架構(gòu)？
很大程度上，快充的長時間維持和大電流都會導(dǎo)致發(fā)熱效應(yīng)的加劇，而麒麟架構(gòu)本質(zhì)上也是一套熱管理架構(gòu)。
在一個現(xiàn)場的展具內(nèi)，我們看到了分解的電池包。
5C電芯，沿著車身寬度方向，6顆電芯并列為一排，在車身長度方向上，共布置了33排總共198顆電芯。每個電芯的最高工作電壓是4.33V，這198顆電芯可以為整車提供最高超過850V的電壓水平。在電量方面，按照標(biāo)準(zhǔn)的測試工況，整體電池包總電量是102度電左右，平均每顆電芯大概超過0.5度電。
控制電芯溫度，其實又分為兩個層級的問題：一是電芯層級要降低電芯控制發(fā)熱，二是系統(tǒng)層級要大幅提高散熱能力。而工程上要提升散熱能力，最直接的方式就是增大換熱面。
值得注意的是，每兩排電芯都相隔了冷板，冷板內(nèi)布置了液冷系統(tǒng)。
所以麒麟架構(gòu)的散熱系統(tǒng)，是在電芯的前后和兩側(cè)均勻散熱，而非頂部和底部散熱，這極大地加大了電芯整體的散熱面積。
冷卻液從電池包的前方進(jìn)入電池的主進(jìn)口，冷卻液進(jìn)入電池包后，水管會很快拐到電池包一側(cè)，然后從車頭方向一路延伸到車尾方向。冷卻液經(jīng)由整個水冷板最后在另一側(cè)的水管中匯流，從主出口這個位置流出電池包。整個麒麟方案最主要的特點就是電芯與水冷板的布置關(guān)系。
實際上，這里面還有很多設(shè)計細(xì)節(jié)的問題。
比如液冷從一個方面流入，其實走到流出口時已經(jīng)發(fā)熱，一定程度上造成了一半電芯熱、一半電芯涼的問題。
所以就要對整個熱管理系統(tǒng)的流道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
理想在每排電芯布置了小分流閥，讓冷卻液多跑兩趟，其次，水冷板的設(shè)計不是單一的空腔，冷卻液的流動走S形。冷卻液從這一側(cè)流到另一側(cè)之后，先不流出，而是從另一側(cè)流回到這一側(cè)，再流過去。這樣做的好處，就可以讓水冷板中的初始的冷水和換熱后相對熱一點的水之間充分混合，保證整塊冷板方向上的均勻冷卻。
此外，電芯熱失控的第二個特征是噴發(fā)出大量高溫高壓氣體，壓力積攢過多就會將電池?fù)纹?。理想針對電池包上蓋材料進(jìn)行了防火集成設(shè)計，使其不會被高溫的氣體沖破，然后也在電池組上方設(shè)置排氣通道，讓熱氣流沿著預(yù)設(shè)好的軌道行進(jìn)，并最終在防爆閥的作用下泄壓排氣。
在整體電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計上，也充分考慮到碰撞要求。
從電池結(jié)構(gòu)布置上，也給電池包設(shè)計了潰縮吸能區(qū)、側(cè)邊框承載區(qū)、橫梁及底護(hù)板承載區(qū)，電池邊框采用多腔體截面設(shè)計，外側(cè)潰縮吸能區(qū)吸收電池側(cè)向碰撞能力，內(nèi)側(cè)承載區(qū)擁有足夠的抗彎剛度，將力穩(wěn)定地傳遞到橫梁和底護(hù)板等部件。
在電池包底部，也通過采用雙層結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)計，由電芯下面的底板實現(xiàn)電芯的承載及絕緣密封設(shè)計；底板下部則放置緩沖材料，用來支撐電池組和緩沖來自下面的沖擊；最下層采用了高強(qiáng)度擠壓鋁板，其中有專門設(shè)計的加強(qiáng)筋，減少對電芯薄弱區(qū)域的沖擊。
總體思路上，盡量潰縮吸能保護(hù)電芯不受力的損害。
國標(biāo)樁拉滿功率
在沖擊最高速度上，理想已經(jīng)宣布自建5C超充網(wǎng)絡(luò)。自建的超充樁上，已經(jīng)可以實現(xiàn)大于520kW的峰值功率，做到充電12分鐘行駛500公里。
雖然行業(yè)內(nèi)對于理想“5C速率”的表述有一些質(zhì)疑。高煥也回應(yīng)稱，平時大家講的2C、3C、4C，這其實更傾向于是公司自己的工程語言定義，“大家不用太在意。真正要關(guān)心的就是，多少分鐘可以充多少公里?！?/p>
高煥反而認(rèn)為更值得注意的是，理想的麒麟5C超快充電池也可以把國標(biāo)樁的能力完全發(fā)揮出來，而且是寬溫域的發(fā)揮出來——無論是常溫高溫還是冬天的零下10度，都會有非常好的體驗。
“因為現(xiàn)在的車在120千瓦的國標(biāo)樁充電，從0或者從10%充到80%，功率也是會下降的，但是理想MEGA可以滿功率到95%以上。”
他認(rèn)為這應(yīng)該是一個值得記住的日子，“今天的麒麟5C電池，我覺得它更代表著我們超充進(jìn)入到一個類似于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的5G時代，它有這樣的意義。”
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