科技让生活更美好
文 | 韩永昌
编辑 | 李勤
封面来源 | 理想官方
理想的首款纯电车型—MEGA，几乎拿到了公司最精锐的资源，无论是研发、供应链还是宣发，也在社交平台获得了空前热度。但这款MPV产品差点失败。
2019年下半年，理想汽车CEO李想带着家人，驾驶一辆奔驰威霆在秦皇岛度假。这辆MPV的乘坐体验给旅途增加了不快，而更让李想难以接受的是，自己创建了一个家庭用车公司，却需要驾驶别家的汽车出游。此后，产品团队收到来自李想的指令，做一辆真正面向家庭的MPV。
但没有成功。因为基于当时的增程技术，MPV的空间利用率只能做到67%，几乎和自家的旗舰SUV车型L9持平，理想只能搁置。理想所追求的超70%空间利用率和没有续航焦虑，只能在一款快速补能的纯电车上实现。
直到2020年，电池技术的突破带来转机，理想汽车电池负责人柳志民带领团队和宁德时代达成了电池技术开发合作，他们锚定一个目标：不牺牲能量密度的前提下，做出一款4C或者5C超快充电池。理想MPV MEGA再次有了雏形。
“C”指的是充电倍率单位，简单来讲，几C就是在几分之一个小时内将电池充满。现在市面上广为人知的4C快充可以在15分钟内将电池充满，而理想的5C则可做到12分钟。
日前，MEGA的信息已经揭幕，理想宣称，这款5.35米长的纯电MPV配备了和宁德时代联合开发的5C充电倍率电池，系统能量密度达到170Wh/kg，以104度（kWh）的电量，支撑了超700公里续航。而更关键的是，这款车搭载5C电池后的补能效率，接近类加油体验，“充电12分钟补充500公里续航”。
纯电动车产品困于补能效率，市场增长速度已经放缓，如果“12分钟补能500公里”能力可以兑现，无疑会再次拉动电动车的普及速度。
理想也瞄准了这个目标。他们的5C电池不光用在50万元价位的MEGA，也将下放到更低价位区间。“后续我们可以开发40 万（元）、30万、乃至20万车型，无论价格多少，我们每一代纯电车都要达到5C的水平。”理想汽车动力系统总经理柳志民说。
36氪PowerOn日前交流了理想汽车动力系统总经理柳志民、宁德时代乘用车CTO高焕以及合作周边人士，试图还原这场技术突破历程。
#01
聚焦超充，垂性研发
“增程”是理想汽车身上最深的标签之一，也让这家公司至今伴随争议。但是和行业既有的印象不同，这家主打增程车的公司早在5年前就着手了超快充电池开发。
据柳志民讲述，理想汽车开始超充电池研发的节点是2018年，甚至距离理想首款车理想ONE的上市还有一年时间。2019年，理想锁定了超充电池的基础技术框架——车端使用800V高压平台，在电芯层则采用中镍高压体系以及方形铝壳的形状。
对超充电池的核心指标，理想的要求并不复杂：保证能量密度、做到4C或者5C超快充，而后者对应的一个技术指标是电池内阻降低到0.3毫欧以下。
接触该项目的人士向PowerOn表示，这些基础指标一开始就敲定了，甚至量产时间也规划在2023年底（因为想多做验证，有所推迟）。至今，除了材料体系从A样的8系高镍换到量产的6系，基础指标基本没有大的变化。
锁定明确目标后，理想汽车一路过滤掉了大量电池供应商。据柳志民回忆，早期三星SDI曾专门派出了一个技术团队，在疫情期间克服了很多困难，从韩国来到理想总部联合研发，耗时3个月的时间，双方合作做出了几款样品，但性能指标都未能达到理想要求。
多方决策后，理想还是锁定了宁德时代做联合开发。当然，合作也不是一蹴而就，2020年后，宁德时代是当之无愧的行业资源方，也会收到大量新技术需求，包括半固态电池、飞行汽车电池等，不是所有需求都能获得立项支持。
理想的超快充方案，同样超出了宁德时代的既有产品边界。早在2017年，宁德时代就已经推出了4C倍率电池， 但宁德时代乘用车CTO高焕向PowerOn直言，这款电池“牺牲了能量密度和续航里程”，只能支撑续航里程到200多公里。
如何满足理想的要求，仍然是一个难题。理想汽车提出的思路就是降低内阻，据PowerOn了解，理想曾经从行业头部电池公司招募多名博士工程师，主要研究学科就是电池阻抗分析，也给超充电池项目提出了拆解内阻的思路。在此基础上，经过几轮测试，双方认定方案可行，合作才得以顺利推进。
当然，超快充电池也在宁德时代的战略路径上。宁德时代乘用车CTO高焕表示，当时宁德时代的判断是电动车要缓解补能焦虑，不是一味提升能量密度，也要解决充电效率问题，而且“光有电池不行，也要有终端整车公司、充电网络的支持”，而“理想汽车对纯电赛道或者说整车的定义比较明确，我们认为时机到了，所以一拍即合。”
2020年，双方正式开启联合工程开发，2021年，完成电池架构方案开发，2022年，全方位测试验证，到2023年，理想-宁德时代麒麟5C电池开启量产。
双方为这个耗时36个月的电池项目都投入了空前资源。柳志民披露，双方总共为理想-宁德时代麒麟5C电池投入了超过1000人，理想汽车电池团队接近300人，有70%投入在超充电池上。而行业中，电池公司一般为车企项目配置的人员不会超过20人，宁德时代也几乎为理想的5C电池投注了远超规格的研发资源。
一个以增程为标签的车企，如何说服并调动全球头号电池巨头，完成并量产一款最高充电倍率达到5C的电池？柳志民向PowerOn总结了两条经验，首先是聚焦，“我们对超充非常聚焦，没有分散精力去做圆柱、刀片，也不会为了自研自制而去做电芯自研自制。”
其次是垂性研发，追求足够的研发深度，通过这两点，在方向上引领供应商。
而在这个合作框架下，理想汽车和宁德时代得以攻破多个技术关卡，最终将超快充电池推向量产。据PowerOn从产业链获悉，理想在电池研发上，已经深入材料级，且已经建立起一条材料小试线，支持日常开发。
#02
如何做到既要又要？
对于电池技术来讲，如果只想单纯的提升电池充电倍率并不是一件难事，但这需要以牺牲其他的性能指标为前提。
理想对5C超充电池的需求是，在有限的车身底盘空间内满足 700 公里的续航需求，循环寿命与2C倍率相当，并且做到5C超充。
不仅如此，理想还同步要求这款产品可以在充电时长上维持高倍率快充达到10多分钟，而目前行业里宣称的高倍率快充电池，通常只能维持5分钟。
这种“既要又要”就成为了一个巨大的挑战。 柳志民介绍了理想和宁德时代的做法。
动力电池的充放电过程其实就是锂离子在正极与负极间穿梭的过程，而想要提升电池的超充性能，就需要提升锂离子在各个环节的穿梭速度。
锂离子电池充放电过程（图源：网络）
柳志民介绍到，经过详细的分解，理想最终明确：限制充电速度核心瓶颈在于锂离子嵌入负极的速度，锂离子穿过隔膜的速度，以及锂离子穿过材料界面的速度。针对以上三项，理想和宁德时代开始做专门的技术研究和突破。
柳志民对理想5C超充电池的负极、正极、电解液、隔膜等关键材料的改善一一做出阐述。发现，宁德时代官网上所展示的针对超快充领域的前沿技术，超电子网、快离子环，各向同性石墨、超导电解液、高孔隙隔膜等等，几乎全部在理想这款5C超充电池上有所应用。
宁德时代前沿技术（图源：宁德时代官网）
以超导电解液为例，双方开发了 5C 独有的电极液，在里面加了三种添加剂，这样能够有效的在电解液和负极的接触面形成薄且均匀的界面膜。这个界面膜只有8纳米，而传统的界面膜有20纳米。因此可以做到锂离子穿过界面的速度更快。
一位资深电池工程师对PowerOn评价道，“8纳米和20纳米对锂离子穿过界面速度的改善非常微小”。但即便如此细节之处，理想与宁德时代也在不遗余力的去做突破。
当然，对材料体系的技术掌控，宁德时代早已熟稔，针对超快充电池做相应优化，并不算巨大的挑战。而更为棘手的实际是：维持长时间高倍率充电之下，如何控制电池发热。
任何电池在充电时都会产生温度的升高，尤其是在大电流、长时间的充电条件下，温升会极其明显。最终，控制超充电池发热被拆分为两个环节，第一，降低电芯自身的产热，也就对应到降低内阻，第二，增强整个电池系统的散热，这就需要更大面积的水冷。
降低电芯的内阻是一项艰难工程。柳志民说，最开始做出的超充电池内阻在0.5毫欧，但理想需要在要满足能量密度和寿命等综合指标的基础上，把内阻降到0.3毫欧。
“很多早期的电池合作伙伴都在这件事情上失败了，宁德时代最初也只做到了降低至0.38 毫欧，如果再进一步降低到0.3毫欧，那就只能去牺牲10%-15%的能量密度，这意味着续航里程要减少 60- 80 公里。我们不能接受。”
随后，理想与宁德时代联合对电芯进行了原子级拆解，从材料、极片，最基础的电化学原理去拆解。
柳志民对此段经历感慨道，“我们的团队投入了5-6个博士，花了半年的时间才和宁德时代达成了精准稳定的拆解方法。最终我们将内阻拆成了17个影响因素，逐项一条一条的去寻找优化的路径，最终把我们电芯的内阻降到0.3毫欧以下。”
从0.38毫欧降低到0.3毫欧，理想5C超充电池的产热功率降低了25%，整体的电池温升降低了7度。
解决了电芯产热之后，就需要解决电池包的散热问题。理想的5C超充电池用到了宁德时代的麒麟架构，这套架构的核心是大面积水冷技术：不同于平铺在电芯底部的液冷系统，麒麟架构是将液冷板置于电芯之间，这样更大面积的散热保证了电池包的性能。
同时，麒麟结构的液冷板做成了一个弹性的设计，可以缓解电池在充放电过程中的膨胀与收缩的问题。麒麟结构让电池包的散热面积的话增加了5 倍，最大散热功率达到了16kW。
结合此前电芯内部内阻的降低，理想在保证能量密度、循环寿命以及安全性的基础上，做出了5C超充电池，电池峰值电流超过了700A，峰值功率达到了520kW。
柳志民对此十分满意，“我们从 10% 到 80% 的充电过程中，最大的充电功率可以超过 520kW ，最小的充电功率，就是在 80% 这个位置上，也可以做到大于 310kW ，310kW 已经大于友商的充电峰值功率。”
#03
5C之争
关于理想汽车这款麒麟超充电池究竟是4C还是5C的争议，一度充斥行业。宁德时代在官方发布中提到的是麒麟4C超充技术，并未发布过5C，而理想汽车基于同样的技术平台，宣称做到了5C，这中间的差距一度成谜。
理想汽车也在此次沟通中公布了充电曲线图，能明显看到，理想汽车的充电功率做到了520kW的5C充电功率，而且能维持约2分半钟时间。柳志民坦言，“我们说的5C电池，是说峰值功率可以达到5C。”
以业内主打超充性能的多款车型对比来看就可以发现端倪，从最初搭载800V平台的保时捷Taycan，再到小鹏G9、昊铂HT以及智己LS6等车型，仅有小鹏G9的4C版本充电峰值功率超过了400kW，而理想的5C超充则做到了峰值功率520kW。
业内部分800V车型充电峰值功率数据
有行业工程师告诉PowerOn，把4C电池用到5C并不稀奇，而能让电池峰值充电功率达到520KW，且维持2分多钟时间，则相当大胆。
该工程师透露，宁德时代开发的电池，通常留有足够的能力和安全余量，“甚至给你的可用能力是边界能力的70%乃至更低”。这套电池里面有各种参数，像一个魔盒，车企想用到更高能力，就类似CPU中的超频使用，首先需要宁德时代在BMS端提供支持，其次，要有稳健的防护体系和大量的数据，可以确保一个使用边界。
而是否对电池超频使用，例如维持5C充电在2分半，而不是更久，将涉及到一系列复杂指标，“包括对温度的限制，对电流的限制，还有结构件过流的限制，以及是否造成析锂，影响电池寿命等等，所以最终是从综合限制中取安全值。”
为了做出这款电池，理想与宁德时代联合开发了一款数据模型来探测电池充电的边界。“理想这款超充电池其实能达到7C的充电倍率，但我们考虑了容量、内部温度等多方潜在的因素，做了一个冗余方案设计，最终我们只使用5C，来保证充电过程的安全。”柳志民说。
他告诉PowerOn，这个底气也来自理想汽车大量的电池装车数据，理想目前共交付约55万辆车，“无一例因为电芯原因导致热失控事故”，而且，这55万辆的装车规模“形成了完整的电池原子级电池技术标准，而绝大部分增程电池技术标准是适用于纯电车型”。
此外，在实验层面，理想汽车也做了冗余测试。
柳志民举了这样一个例子。业内正常的热失控实验，是在 25 摄氏度的环境中，在电池水冷系统正常工作的情况下，将电芯加热到起火，要求 5 分钟内电池不爆炸无明火，这样可以给用户留出足够的逃生时间。
而理想则将电池放在 50 摄氏度的环境中，在水冷系统不工作的情况下，也要做到同样的水平。 柳志民说：“当时我们把需求提给宁德时代的时候，宁德时代都觉得这是一个令人发指的指标，这种情况的发生概率只有十万分之一。”
而理想的逻辑是，一旦有极端碰撞的情况发生，直接将电池水冷系统撞坏，也要保证乘客的安全。
电动车普及之路上最大的关隘就是电池技术不够成熟，而这是一个迭代和发展的过程，离不开对市场需求有敏锐洞见的终端公司，同样需要技术资源雄厚、战略眼光长远的产业技术公司，双方共同探索，才能将这条曲折的道路走通。
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