LFP小型电池还是NMC大型电池,该选哪种?以起亚EV2为例


在价格亲民的电动汽车上,LFP电池的使用越来越普遍,而那些续航里程更长的车型则大多仍采用NMC技术。但两者在实际使用中存在哪些差异?又该优先选择哪种电池呢?同时配备这两种电池的起亚EV2,正是值得研究的典型案例。
对于同款电动汽车,人们在多种电池选项之间做选择时,通常只需在续航里程、充电速度以及性价比之间权衡,其基本逻辑是:价格越高,性能越强,续航越远,充电速度也越快。但随着LFP电池的出现,规则发生了变化。越来越多的汽车制造商倾向于在“小型”车型上使用LFP电池,而大型车型则继续采用NMC电池。以我们今天举的例子起亚EV2为例,大众集团的新一代车型如ID.Polo、斯柯达Epiq以及Cupra Raval也是如此,雷诺的R5、Mégane和Scenic等车型也将很快采用这种电池。这就使得问题变得更加复杂了。
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我们来看这款韩国制造的小型电动SUV,它提供42.2千瓦时和61千瓦时两种电池容量版本,但采用了不同的电池化学成分。小型电池为LFP(锂铁磷酸盐)类型,而大型电池则采用NMC(镍锰钴)化学成分。通过分析它们的技术参数,我们会发现一些反直觉的结果:小型电池搭配的电机功率更高,电压也更高,充电峰值也更大。相反,大型电池仅多出几公斤的重量,却能储存多出近45%的能量。
那么,应该选择哪一款呢?
317公里还是453公里:续航里程显然至关重要
我们先从最简单的开始讲。LFP电池的容量为42.2千瓦时,根据不同配置,EV2的WLTP续航里程可达317公里。而采用61千瓦时的NMC电池时,最大续航里程则提升至453公里。两者之间的差距为136公里,相当于多出了约43%的续航能力。
对于主要用于日常出行的汽车来说,小型电池带来的约300公里续航对许多驾驶员已经足够,尤其是还有在家充电的条件。若想让EV2成为家庭的主要用车并支持长途出行,61千瓦时的电池显然更具优势。
到目前为止,容量小则续航短,容量大则续航长,这都是很常规的规律。但问题就在这里变得复杂了。
两种电池的重量差异竟然只有6公斤!
这或许是这两款电池组最令人惊讶的特点:42.2千瓦时的LFP电池重量为319公斤,而61千瓦时的NMC电池则为325公斤。也就是说,两者仅相差6公斤,但后者却拥有18.8千瓦时的能量储备,相当于多出了近45%的能量。这一差异恰恰体现了LFP的主要缺点之一:其能量密度通常低于NMC电池。在质量或体积相当的情况下,NMC电池能够储存更多的能量。
不过,应避免直接用这些数据来比较电池单元的密度。起亚公布的是完整电池组的重量,其中还包括其结构、冷却系统、电子元件以及保护装置。不同电池的架构可能存在显著差异。但对驾驶员而言,一个显而易见的事实是:从42.2千瓦时提升到61千瓦时几乎不会增加EV2的重量。
对制造商来说,拥有重量大致相同的车型系列还有另一个好处:无需根据电池的不同来调整车辆与地面的接触部分或制动系统。
小型LFP电池也有其优势
那么,起亚为何在其小型电池中选用LFP呢?这种化学材料具有多种优点,其中包括良好的热稳定性。此外,它还以长寿命著称:在性能相当的情况下,这类电池在出现严重衰减之前往往能承受更多次的完整充放电循环。
它们还能更好地应对频繁的100%满电充电,从而在一定程度上弥补续航里程上的差距。而且,为了平衡各电池单元的状态,甚至需要定期进行完全充电,这也是苏菲安即将详细探讨的另一个话题。
这当然并不意味着NMC电池永远不能充满电,但长期将其保持在高电量状态通常对电池的寿命不利。
为什么小容量电池的动力更强?
另一个有趣的现象是:尽管两者的发动机看似相同,EV2的小容量电池却比大容量电池更具动力。小容量电池的最大功率为107.8千瓦(147马力),而NMC电池则为99.5千瓦(135马力)。扭矩则保持不变,均为250牛米。因此,根据不同版本的不同,小容量电池的0到100公里/小时加速时间约为8.5至8.7秒,而大容量电池则为9.5至9.7秒。
这是否又回到了LFP与NMC的固有性能比较问题上?是的……但也不尽然。诚然,化学成分确实会起作用,因为它会影响电池的电压、内阻、热行为以及放电时所能承受的电流。但并不存在“LFP的功率输出高于NMC”或反之这样的简单规律。通过对比不同电池的研究表明,除了化学成分之外,功率性能还会因所选电池类型及其设计而存在很大差异。
对于EV2而言,这一点尤为重要,因为存在一种看似矛盾的现象。通常情况下,NMC电池的标称电压会高于LFP电池——前者约为3.6-3.7伏,后者为3.2-3.3伏。然而实际上,EV2的完整LFP电池组却拥有更高的电压:358伏对比297伏。这很可能是由于两种电池组的串并联结构不同所致。起亚需要将更多LFP电池串联起来才能达到358伏的电压,而NMC电池组的设计则更注重安时容量。这一结论与我们得到的数值相符:
LFP:358伏 × 118.2安时 ≈ 42.3千瓦时
NMC:297伏 × 206安时 ≈ 61.2千瓦时
正是在这里,147马力与135马力的差异可能导致电压问题。要在358伏特下输出约108千瓦的功率,电流大致在301安培左右。而在297伏特下输出同样的108千瓦功率,则需要约364安培的电流,即多出大约21%的电流。
但这仍然无法证明起亚是因为297伏特的电压而将NMC版本的功率限制在99.5千瓦。该电池组完全有可能被设计为能够承受更高的电流。限制因素可能来自电池单元、BMS系统、逆变器、电缆、散热设计,或是起亚自身的校准选择。
快速充电带来了另一个乍看之下似乎矛盾的结果。起亚宣称,使用小型电池时从10%充至80%仅需29分钟,而使用大型电池则需30分钟。尽管大型电池能储存多出近45%的电能,但充电时间却只相差1分钟!
电池化学成分的差异也可能解释为何两种电池的充电曲线不同,因为LFP电池和NMC电池具有不同的电学与热学特性。但这并不能解释所有问题:与功率一样,电池的具体类型、在电池组中的排列方式、冷却系统以及BMS的策略同样起着决定性作用。
EV2的案例就是很好的例证。小型LFP电池的峰值略高,为118千瓦,而NMC电池则为112千瓦。然而,根据起亚提供的数据进行的计算显示,在从10%充至80%的范围内,LFP电池的理论平均功率约为61千瓦,NMC电池则为85千瓦。因此,大型电池需要更长时间才能保持高功率输出。真正重要的其实是充电曲线,也就是整个充电过程中维持的平均功率。这一数值可以通过官方数据较容易地估算出来:从10%充至80%相当于使用了电池容量的70%。对于小型LFP电池:
42.2 × 70% = 29.5千瓦时
理论上,这29.5千瓦时的电量可在29分钟内充入,对应的平均功率约为61千瓦。
而对于大型NMC电池:
61 × 70% = 42.7千瓦时
在30分钟内恢复这些能量意味着平均功率约为85千瓦。这完全改变了人们对相关性能指标的认知。大容量电池在10%-80%的充电区间内,其理论平均功率比小容量电池高约40%。仅多用一分钟,它就能多吸收大约13千瓦时的能量。
注意,这61千瓦和85千瓦并非在充电站测得的数值,而是根据起亚公布的容量与时间计算得出的理论平均值。实际可用的充电能力、电池管理系统中的缓冲机制以及充电过程中的损耗,都使得这些数值无法做到完全精确。不过它们很好地说明了为何不能仅凭充电峰值来判断性能——能够短暂达到极高数值的电池并不一定就是充电速度最快的。虽然功率看似不那么惊人,但若能持续更长时间,反而可能带来更好的充电效果。
那大容量电池的价格是多少?
在能量容量相同的情况下,LFP电池组的制造成本通常低于NMC电池组。其主要原因在于正极材料的不同——LFP使用的是铁和磷酸盐,这两种材料储量丰富且价格相对较低;而NMC正极则含有镍、锰和钴,这些材料成本较高且价格波动较大。
这也正是LFP在入门级和中等价位电动汽车中日益普及的主要原因之一:人们愿意牺牲部分能量密度来降低每千瓦时的成本。这样一来,当重量和体积不是首要考虑因素时,就能以更低的价格提供电池。
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最终,这一数字很可能会对决策产生最大影响。Kia EV2的Light版本配备42.2千瓦时的LFP电池,起售价为26,670欧元,而大容量电池版本则没有这一配置。在Air版本中,小容量电池的价格为28,820欧元,大容量电池则为33,320欧元,相差4,500欧元。Earth版本的价格则从31,320欧元上升至35,320欧元,差价变为4,000欧元。最后,GT-Line版本的售价为37,320欧元,仅提供61千瓦时的电池选项。
因此,在配置相当的情况下,关键问题在于:多出的136公里最大续航里程是否值得您额外支付4,000到4,500欧元?答案完全取决于您的使用习惯。
那么,选LFP还是NMC?
实际上并不存在一种在所有方面都绝对优于另一种的技术。对于主要用于日常出行的汽车而言,LFP电池具有明显优势:成本更低、寿命更长,且续航能力足以满足大多数使用需求。不过,当需要储存大量能量同时避免增加车辆重量和体积时,NMC电池仍具有决定性优势,这使其特别适合用于高续航版本的车型。
Kia EV2尤其表明,不应将电池选择仅局限于化学成分这一方面。电池包结构、电压、所使用的电芯类型、热管理方式以及充电策略都可能带来一些出人意料的结果。在这里,小型LFP电池性能更强劲,充电峰值也更高;而大型NMC电池在几乎相同的时间内能储存更多能量。因此,在做选择时,与其关注“电池”后面的三个字母,不如考虑自己将如何使用这辆车以及它的全部技术参数。