这点我清楚,作为汽车研发人,时常在朋友圈分享些知乎小作文。朋友们考虑电车犹豫不决时,一口一个“刘老师”就来了。
6 C& ^( a4 h3 m6 g: u在烟台上下班代步,特斯拉Model 3是选磷酸铁锂版?还是三元锂呢?' u- d8 W7 ~8 y! t; f' e
XXX车用的是宁德时代电池吧?宁德时代大厂品质应该有保障。
A5 _$ w0 v$ C" R+ Q2 `9 c比亚迪刀片针刺都不会起火燃烧,不用担心安全性吧?。 总之,朋友们关注电动车,一定会关心电池。也能理解毕竟电池是最重要的零部件之一;作为研发人来说,电池是成本最高的,在整车物料BOM成本中占比能达到40%左右。2 k: x5 ]# n5 N k3 Z, d3 |% Z1 {! N
其实表面上看,我的朋友们在关心电池的类型,生产厂家等信息,实际他们心里的小九九是“电池安全不安全”和“电池性能如何”,前者关乎人身安全,后者影响使用体验。
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一. 电芯的本质就是爱玩火,无论三元锂还是磷酸铁锂
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2 [2 t3 w. @5 w* @首先来聊聊电池类型,从大类上来说,锂电池分为三元锂和磷酸铁锂两类,虽然两种电池有区别,但我觉着考虑电动车真的无需特别关注电池类型。从自身的出行需求来选择更为合理,一般车型长续航和超长续航车型配三元锂,标准续航装的是磷酸铁锂。
* l# K6 C1 b$ t& m! _- o! q/ |从原理上来看,三元锂的层状结构让锂离子穿梭起来更容易,因此更容易做高能量和高密度;而在橄榄石结构的磷酸铁锂中,锂离子每次穿梭都要经历障碍,这种结构换来的好处是结构更加稳固,安全性更佳。
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但无论哪种电芯,本质上锂电芯就是一个爱玩火的少年,在封闭的空间中有氧化剂和还原剂,相遇就引起高温且化学反应过程中,自身即可释放氧分子;外加高温下电解液会跟着迅速燃烧,发生连锁反应。所以锂电芯天性容易燃烧。
1 P/ R& ~0 f2 u, t: X二. 国内整车厂电池三巨头:刀片,弹夹和大禹5 t. ]# R5 a7 ^
" ?; _" f) N0 B$ `为了保障电池安全性,国内车企们使出了浑身解数,前有比亚迪刀片电池,中间有广汽埃安弹夹电池,还有后来者长城大禹电池等相继发布。$ n! H. S W: V1 \- ?+ |& X. m2 l3 \
刀片电池采用了CTP结构取消了模组设计,直接把又长又薄的电芯排布在电池包里,看起来就像刀片一样。这样设计减少了电池包内零部件数量,有利于提高电池能量密度,毕竟磷酸铁锂本身能量密度就低,只能在电池包结构上找补点。
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我估计很多关注电动车肯定看过“刀片电芯针刺不起火”,对刀片电池安全性极为信任。其实我对此持保留态度,因为我们关注的安全性是电池包安全而不是电芯级别。因为刀片整包在CTP结构下,散热结构是有劣势的,电芯间狭小的散热空间,可能会抵消电芯本身的优势。
: x/ V0 C" @* A4 D6 E! ~广汽埃安弹夹电池基础是三元锂811体系,优化了电解液和电极添加剂,并且在电芯间增加了类似气凝胶隔热设计。长城大禹同样是三元锂811体系下的产物,从现在宣传的资料来看,增加了特殊的排烟和安全阀,来提升整包级别电池的安全性。
* D) w. l5 R# K5 C$ O3 x1 U三. 合资典型代表:通用奥特能电池
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再看看外资企业对电池安全的考虑,我认为最具典型代表的就是通用奥特能电池。目前奥特能工厂投产电池也是三元锂811体系,是通用和宁德时代联合开发,从电芯配方到模组结构设计通用都深度参与,且wBMS无线电池管理则完全属于通用技术专利,电池包内部软件算法也全部由通用负责;电芯和模组是委托宁德时代生产组装的。
$ G; g5 I m) k0 y3 Y H" l7 X1. 深入电芯层面的联合开发
( C q: R2 O( n3 H" _; @5 f; f奥特能平台电池通过优化电芯的配方,来狙击这个喜欢玩火的天性。采用原位涂层包覆搭建核壳结构,且定向掺杂稀土元素铆钉游离的氧,就能比基础配方的811电芯热稳定性提升10%。9 V9 x5 g b8 O9 ^! {6 @
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. m' X S3 I5 a# o. u/ S2. 电芯到模组安全结构设计约等于弹夹电池plus大禹电池
/ E9 V0 L1 O( N, T: [6 y采用了类似弹夹电池的设计,电芯间填充了航空级气凝胶进行隔绝热传递。而排烟和安全阀的设计以及底部冷却板的布置又和大禹电池类似。奥特能平台电池从电芯到模组的设计,几乎组合了弹夹和大禹电池的优点。 Z$ s1 q3 p8 k6 c0 R3 L
展开来说,电池出现热失控就因为两个字:热和气。如果出现内部短路,或外部加热,亦或大电流放电起热,会导致迅速升温;电池内部气压就开始飙升,就会出现极高的温度+可燃的电解液化学反应,燃烧起火就会一触即发。所以防止电池热失控,本质上是隔绝电芯间热量传播+排出高温气体降温。
+ C, d8 y) M2 t: g+ D奥特能平台电芯间使用了加厚设计的纳米级航天材料气凝胶,能有效降低电芯间热量传递。通过特殊材料隔绝热量传递,防止热失控蔓延至整个电池包,隔绝热量以后就是排出高温气体,防止爆炸出现。& v, I* y) u5 ]0 z
奥特能平台电池有个快速排气的通道设计,一旦某个电芯热失控,可快速排出高温气体。同时在电池包后部有安全防爆阀,能和快速排气通道相结合,迅速排出高温气体以降低电池包内部温度。
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除此之外,一般电池会在壳体上下涂上防火隔热涂层,但奥特能平台电池为了进一步提升对热失控单体的控制,或极端碰撞条件下保障安全逃逸时间,又增加了上下层防火毯结构,来阻止热量扩散。0 W3 w( P5 a# C1 ]7 T
3. 超高强度电池包结构是一种回潮
4 M3 }) {" `% F+ |现在提到电池包结构,估计都听说过一个词CTP(cell to pack),也就是取消模组设计,直接让电芯排布成电池包,主要目的是为了提升整包能量密度。其中一个趋势是在电池包结构减重方面想尽办法,比如尽可能减少整包内部的钢梁,或用铝合金材料代替结构钢,以配合CTP的大趋势。但在奥特能平台电池上,我们看到了对整包结构强度的回潮。
" t/ M0 v, F9 g, ]' @但奥特能平台电池让我看到了,通用在电池包结构安全设计方面毫不妥协。电池包内横梁和上盖都使用了1500MPA的热成型钢板,这是什么概念呢。我们都知道A柱,B柱和门槛是车身上强度最高的件,其实也就1500MPA。
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( A2 O* m/ M: l3 p0 Z M9 f还有应用了61%的高强度钢,且在核心位置应用了约37.5%的超高强度钢。带来的问题是电池包确实很重,可是最直观的效果是整包抗挤压性能是国标的3倍,基本是天花板级别的存在。我认为这是目前结构强度最高的电池包构架,至少我见过的是如此。$ J' E& z; a6 ~+ L! B2 i
四. 搭载奥特能电池的首款电车LYRIQ @) ~" o M. H% n
+ r. {0 f" y" J再好的电池也是要配合装车的,奥特能平台电池带着从电芯到整包的“全套安全装备”,搭载的首款车型凯迪拉克LYRIQ也已经预售了(电池能量95.7kW.h,10分钟充电可满足96km续航里程,650+KM的续航等)。后期上市后将与奥迪e-trom,宝马iX等纯电豪华SUV竞争,也会面临像蔚来ES8,理想ONE,小鹏G9等造车新势力产品正面PK。凯迪拉克在复兴燃油时代没有走完的路,LYRIQ将是其电动化的转折点,我有点开始期待试驾了。8 z2 [) S8 n/ n8 G& P. Q* ~
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1 I+ L+ R3 w7 G a, G( D4 S作为汽车研发项目经理,奥特能平台从电芯层面就和宁德时代联合开发,再到奥特能工厂生产超高强度的电池包总成,随后在泛亚汽车研发中心进行远超国标试验和验证,最后在上海的凯迪拉克工厂生产首款搭载奥特能平台电池的车型LYRIQ,通用对电动车的全流程布局确实在国内首屈一指。+ g7 H! I2 I4 n- ^! X& Z2 u
五. 写在最后
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我们关注电动车电池,掰开了揉碎了来说大致以下几种,以比亚迪为代表具有成本优势的磷酸铁锂刀片电池;应用在新势力车型上的一众标准体系三元锂811电池;还有就是优化版三元锂811广汽埃安弹夹电池和长城的大禹电池;另外就是合资代表优化PLUS版的三元锂811且具有超高安全性的奥特能平台电池。每种动力电池都有自己结构特点和优势,装配在从十几万到上百万的电动车上都有配备可供选择,我认为不管哪种电池,安全必须是首位,在安全的基础上优化性能,所以当你在关注电动车电池的时候,你在关注些什么呢? |