奥迪e-tron 电池组的奥秘【钜大锂电】

进入2019年，奥迪e-tron和保时捷Taycan开始不断登上汽车头条，打破了特斯拉一家独大的局面。我们已经聊过几次Taycan，但一直没有详细讲讲e-tron，今天就是e-tron电池组的主场。

为什么要聊电池组，一是e-tron采用了我们之前聊的不多的软包路线，二是到今天为止e-tron曝光的那些令人印象深刻的电池组性能和产能问题，都与软包路线直接相关。

150kW快充到底有多强？

e-tron支持150kW级的直流快充，可以在30分钟内完成0-80%的充电。官方给出的充电曲线图是这样的。

横轴是电池组容量，纵轴是充电功率，所有竞品（Competitors）的曲线都在e-tron之下。那也就是说：充电时间相同，e-tron充的电量更多；电池组规格相同，e-tron充得更快。

同时我们能看到，在电池组充到75%时，e-tron的充电功率仍然在125kW以上；达到100%时，仍有50kW左右的充电功率。

德国智能电动汽车媒体nextmove对e-tron做了一次0-100%的充放测试，可以看到e-tron起步充电功率推到了125kW以上，32分钟充到了80%，第47分钟充到100%，但充电功率仍然维持在50kW的高位。

如果和竞品横向对比呢？第三方充电运营商Fastned基于175kW级直流快充桩做了一组纯电动车充电测试。

从这张图来看e-tron起步就在135kW以上，在电量达到60%以上后仍然一度飙到了150kW以上，在接近80%附近才充电功率才开始下降；反观包括Model3在内的所有竞品都在不到50%的时候充电功率就开始不同程度的下降。

当然，特斯拉是个例外，Model3充电适配和优化的重心永远是自家的超级充电网络。

下面这组数据包括了第二代和第三代超充加持下的Model3充电曲线，可以看到如果是最新一代250kW级的第三代超充，在0-50%前半段Model3是完胜e-tron的，但后半段功率下降幅度快于e-tron；但如果是第二代超充，e-tron基本上全程领先。

基于大量的实测数据，我们来提炼关键信息：

47分钟从0-100%，全行业速度最快

100%充满时仍能达到50kW，全行业最快的「涓流充电」速度

0-80%基本稳定在150kW附近，全行业唯一

第一条和第二条其实可以合并来谈，基于电池材料的化学特性，电池充电速度会随着电量的上升而下降，所以大多数电动车0-80%和80%-100%的充电时间相当。这也是为什么，特斯拉官网不建议长途出行使用超充充到80%以上。

但e-tron从0-100%只需要47分钟，到100%仍有50kW的功率。从前面的图中能看到绝大多数电动车在80%时功率已经接近或低于50kW了。这是什么黑科技？

一个比较关键的设计是，e-tron总容量95kWh的电池组将可用容量限制在了83.6kWh，它的0-100%充电曲线并不是0-95kWh，而是0-84kWh的充电曲线。这确保了逼近100%时仍然有较快的充电速度。

可能有人会说，那还有什么先进的。

首先，可用容量＜额定容量是全行业通行的做法，比如Model3长续航版额定80.5kWh，可用75kWh；其次，简单换算一下，充到84kWh大概是95kWh总电量的88%，你划到上面看看竞品，在90%附近还能做到50kW功率的，几乎没有。

所以，e-tron电池组到底有什么黑科技？

软包路线好在哪？

前面已经提到，e-tron的电池组采用了软包路线。所以在展开讨论e-tron电池组前，我们先来聊聊e-tron为什么要选软包路线。

首先，比能量高。软包电池的成组形式都是电芯+散热片叠加，可以更高效地利用车内寸土寸金的空间。相对方形和圆柱的钢铝外壳，软包电池的铝塑膜包装结构明显重量更轻，无论是质量比能量还是体积比能量，软包电池都有很好的表现。

比如同样是软包路线的通用雪佛兰Blot，同样是平铺于底盘的设计，Bolt在2601mm的轴距下布置了60kWh的电池组。

其次，电化学结构好，循环寿命长。从结构上来说，软包电池的内阻更小，内阻小极大地降低了电池的能耗，同时软包电池的循环次数也高于圆柱。

最后，非标准化，设计灵活。软包电池的尺规规格可以根据不同OEM的需求进行订制，研发量产全新的电芯型号。下面是e-tron的电池组布局，可以看到整个Pack是不规则造型，有5个模组布置在后排座椅下方，叠了两层。这是LG化学为奥迪订制的规格。

说了这么多，软包路线就没有弊端吗？当然有，比如非标准化的订制电芯自动化在生产上自动化率很低；稳定性和一致性较差等等。事实上软包路线的不足，在e-tron这台车上体现得淋漓尽致。下面我们结合具体设计来谈。

e-tron电池组细节

e-tron基于奥迪MLB纵置模块化平台开发，电池组设计要求一共三个：规格、耐用性及安全性。

e-tron采用的是来自LG化学的软包电芯，电池组规格95kWh，可用容量83.6kWh。整个Pack由36个模组组成，其中5个模组位于后排座椅下方。每个模组又由12片袋式软包锂电池组成，整个Pack一共容纳了432个电芯。e-tron的电池组和电气系统工作电压为396V。整个Pack除了电芯外从模组到Pack都是由奥迪自主设计研发的。

下面是单个e-tron模组的内部设计，图片来自奥迪官网，能看到电芯的排列还是非常紧凑的，结合我们前面提到的软包比能量高的特点，e-tron的能量密度应该很有优势才对。但实际上整个电池Pack重量达到了715kg，结合95kWh容量能算出能量密度为133Wh/kg，对比特斯拉和国内新造车的参数难言领先。

也就是说，虽然软包电芯结构和理论成组效率很高，但奥迪出于一些考虑并没有极致地推高Pack能量密度。下面是Pack结构的设计细节。

左上是电池接线盒，往下是电池组铝合金外壳的上层，外壳下是并排的31个模组，角落的黑色小方盒是电池管理控制单元。

右边最上层的骨架是铝合金防撞结构，往下是电池组铝合金外壳的下层，再往下是电池组外铝合金框架，往下是管路密集布局的液冷系统，液冷系统一共有40米长的液冷管路，注入了22升液冷剂。最下方是底部防护板，用于阻隔碎石和尖锐物体对电池组的冲击。

电池和所有关键参数（如充电状态、电源输出和热管理）由外部电池管理控制器（BMC）管理。BMC位于e-tron右侧A柱的前舱内。

BMC和电机控制器、电池模组控制器（CMC）通信，每块控制器都监控着模组的电流、电压和温度。电池接线盒（BJB）被封装在压铸铝外壳中，位于电池系统的前部。BJB集成了高压继电器和保险丝，是车辆的电气接口。BMC，CMC和BJB之间的数据交换是通过单独的总线系统进行的。

整体来说，e-tron电池组散热和安全性考量做得非常周全。e-tron项目技术负责人PaulSchneider介绍说，选择软包电池而不是圆柱或方形，是因为软包更容易做好热管理。但e-tron的热管理，做得一点儿也不简单。

首先，e-tron实现了150kW级的0-80%基本稳定输入，这对电池的热管理系统提出了非常大的挑战。其次，前面我们提到，软包电池的一致性是比较差的，考虑到软包电池的单体能量远高于圆柱（1片软包相当于4-5颗圆柱），要严格控制热失控蔓延的情况。对于软包电池来说，任何轻微的形变都是一场灾难。

通过一个周密设计的热管理系统把电池组牢牢控制在安全的温度、体积区间内是非常必要的。

奥迪是怎么做的？

e-tron的模组取消了液冷管路横贯于电池之间的常规设计，所有的模组都紧凑地排布在一起，整个液冷管路通过热粘合剂固定在模组下方，模组之间再注入导热凝胶作为缓冲。当产生热量时，导热凝胶会将热量均匀地传递到液冷系统上，确保整个Pack的温度处于安全的状态。

你可能会问，这样的设计并没有提升散热效率啊。相反所有的模组紧凑排布，不是增大了热失控蔓延的风险？

注意前面提到的铝合金防撞结构。在将冷却管路移到模组下方后，原先多出的空间并没有被模组填满，e-tron在这里布置了夸张的铝合金框架。在发生碰撞的时候，这个铝合金框架溃缩吸能，确保形变波及的模组数量降到最低，进而降低热失控蔓延的风险。

这样的设计一箭三雕。

首先，规避了软包电池的不足。通过铝合金、导热凝胶和液冷系统将各个模组做物理独立。大幅降低了软包电池一致性低、使用后期潜在的安全隐患。

其次，理论上提升了安全性。物理区隔开来的另一个好处是，理论上可以降低电池组发生意外形变时热失控蔓延的概率。虽然还没有经过实际验证，但从设计角度，e-tron的安全防护是堆得很足的。

第三，高效的热管理系统是快充的基础。导热凝胶和密集的液冷管路将e-tron电池组的温度波动控制在25度-35度的最佳温度区间内，保证了0-80%充电基本稳定在150kW之间。

当然，这种设计也有一些牺牲。首先，软包电池比能量高的优势不复存在，加装底部防护板后整个Pack达到了715kg，能量密度降到了133Wh/kg，与蔚来ES870kWh版本的能量密度大致相当。

我们文章开头提到「e-tron曝光的那些令人印象深刻的电池组性能和产能问题，都与软包路线直接相关」，性能也就是150kW快充，那么产能呢？面对超20000个积压订单，奥迪布鲁塞尔的e-tron制造工厂运营时间最近降到了6小时/天，每周工作日也从5天下降到了4天。

因为位于波兰的LG化学工厂正在同时为奔驰EQC、捷豹I-PACE和奥迪e-tron供应电池。由于软包电池的生产自动化率较低，高端铝塑膜的工艺还不够成熟，对大批量生产的产能爬坡形成了很大的挑战。捷豹路虎CEORalfSpeth此前公开表示限制I-PACE销量的不在于捷豹的产能，而在于捷豹能采购到多少电池。

同样的，LG化学的电池产能不足也直接限制了e-tron产能的爬坡。

最后来总结一下，当我看到e-tron令人印象深刻的快充和高达715kg的电池组质量、产能爬坡出现挑战于一体时，立刻想到了特斯拉首席电机设计师KonstantinosLaskaris说过的一段话。