凯迪拉克XT5 28E轻混系统电池技术

当广州车展凯迪拉克发布XT5 28E轻混车型之际，很多朋友提出了为什么欧洲在推48V，而美国人率先推出的是90V的疑问。今天小星就从电池技术来剖析一下48V和凯迪拉克XT5 28E所用电池的区别。一起来看看吧

混合动力车型，特别是轻混系统，对电池工艺提出了更高的要求。具体要求包括：

1.高功率密度

2.高低温工作性能

3.长循环寿命

我们先来看看欧洲车厂主推的48V轻混系统电源架构。

具体来看，整个48V架构的电源网络除了传统的48V电池，48V-12V DCDC转换模块和48V电机三大件以外，越来越多的高负荷48V附件模块增加了进来。

↑全新48V架构的电源网络（来自A123 SAE论文）

按照如下列表具体来看，高负荷48V附件模块可能包括电子悬架系统Electric suspension， 电子空调Electric AC， 电动助力转向EPS， 电子涡轮 Electric turbo/supercharger和其他附件。总计最大瞬时功率可达25kW。

↑全新48V架构的48V侧附件模块（来自A123 SAE论文）

而目前48V轻混系统的发展瓶颈还主要是电池技术。迫切的需要48V电池技术有质的飞跃，能够提供更高的功率密度，也就是更大的瞬时功率。这也是各个电池厂商，包括下面提到的A123（目前已被中国的万象收购）所迫切努力的方向。

↑来自A123的48V锂电池（来自A123官网）

现在如果你去搜索A123的官网的话，就会发现其目前提供的48V锂电池（如上图）为8Ah级别磷酸铁锂LFP锂电池。瞬时输出功率为15kW。具体可见如下参数规格。

↑A123的48V锂电池参数规格（来自A123官网）

凯迪拉克XT5 28E选用的为高功率密度高性能锂电池组。从而最大程度回收制动能量，达到了明显的节油效果。

↑凯迪拉克XT5 传统动力系统与轻混动力系统对比

如图为凯迪拉克XT5 传统动力系统与轻混动力系统对比。传统动力系统的XT5 28T采用8速AT变速箱，综合油耗为百公里8.7L。采用轻混动力系统的XT5 28E采用9速AT变速箱，配合450瓦时的90V锂电池组和6.6kW/49NM电机，达到了百公里7.9L的优秀油耗。较传统动力降低了可观的0.8L。使得凯迪拉克XT5作为豪华SUV车型油耗成功打破了百公里8L的大关。

↑电池特性对比图

混合动力车型，特别是轻混系统，对电池工艺提出了更高的要求。

插电式/增程式混合动力及纯电动车型追求高能量密度。

混合动力，特别是轻混系统追求高功率密度。

如图电池特性对比图，由于插电式PHEV/增程式EREV混合动力及纯电动EV车型，需要追求更长的续航里程，电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。

而混合动力，特别是轻混系统Mild Hybrid车型，需要追求更低的综合油耗，电池主要工作在维持模式下。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

↑日立高功率方形锂离子电芯

凯迪拉克XT5 28E采用的为日立高功率方形锂离子电芯。它的功率密度达到了惊人的5000W/kg。这个功率密度是什么水平呢？前面提到业界正在向3500W/kg水平突破，这也是目前48V锂电池组的功率密度水平。日立该高功率电芯的性能足足高出了50%。并且也高出普通插电式/增程式电池平均2500W/kg的水平2倍左右。而丰田普锐斯的全混动锂电池电芯正在接近4000W/kg，已经高出了行业水平。但是离5000W/kg的性能还是有不少差距的。

↑高功率锂电池组

凯迪拉克XT5 28E由24颗如上提到的日立高功率方形锂离子电芯组成90V的高性能锂电池组。如上为方形电芯组成电池组模块的特写图。特别提到的一点是，该高性能锂电池组充分考虑了模块化。它与目前雪佛兰迈锐宝XL全混动版和别克君越/君威全混动版使用的是相同的电芯（由80颗电芯组成300V的电池组）。由于充分的模块化扩大了集团内电芯用量，从而降低了电池组系统成本。

↑奔驰48V液冷锂电池组

在追求高功率密度的同时，凯迪拉克采用的日立高功率方形锂离子电芯具有良好的散热性能。如上图所示奔驰E级采用的48V锂电池组由于发热量巨大需要液冷冷却。系统成本高，且需要配备液冷管路。而凯迪拉克XT5 28E的轻混系统锂电池组为风冷冷却。系统成本低，不需要复杂的管路。而且该电池组较业内其他的风冷48V锂电池组则具有更高的存储容量。电量达到450瓦时。

↑凯迪拉克XT5 28E轻混系统

采用风冷的高功率锂电池组位于卡迪拉克XT5 28E后排座位下方。小巧的体积使得后备箱及后排乘坐空间并没有受到影响。保证了良好的驾乘感受。

↑凯迪拉克XT5 28E动力电池包

2.高低温工作性能

日立在开发这款高功率方形锂离子电芯时，在电池工艺上做了颇多改进。优化了晶体生长过程，减薄正极厚度以及降低反应阻抗。从而在提高功率密度的同时，改善了电池低温工作性能。凯迪拉克XT5 28E轻混动力系统都经过了零下30度低温的考验。该电芯的低温性能较之前的电池技术有高达30%的性能提升。

3.长循环寿命

混合动力，特别是轻混系统电池需要频繁的充放电，因此循环寿命参数非常重要。如下图所示，经过IEC标准的10万次循环后，电池仍能够保持95%的性能水平。保证了消费者正常驾驶周期所需的性能几乎没有明显衰减。

↑日立高功率锂离子电芯循环寿命示意图

高性能的锂电池组和相应的电池工艺，保证了凯迪拉克XT5 28E在减速的时候能够更多的进行制动能量回收。在加速行驶的时候，能够由电机输出更大的功率和扭矩帮助发动机一起提供加速所需的动力。如下2张动图介绍了凯迪拉克XT5 28E轻混系统能量回收模式和加速行驶模式的工作原理。

↑凯迪拉克XT5 28E轻混系统能量回收模式工作原理（动图）

↑凯迪拉克XT5 28E轻混系统加速行驶模式工作原理（动图）

综上所述，混合动力车型，特别是轻混系统，对电池工艺提出了更高的要求（高功率密度、高低温工作性能、长循环寿命）。凯迪拉克XT5 28E采用了日立高功率方形锂离子电芯，功率密度高达5000W/kg。保证了凯迪拉克XT5 28E在减速的时候能够更多的进行制动能量回收，在加速行驶的时候，能够由电机输出更大的功率和扭矩帮助发动机一起提供加速所需的动力。在节油的同时，提供了优良的驾乘体验。