汽車市場轉(zhuǎn)向新能源賽道之后,電池,成了核心技術(shù)之一。
我們把電池對于電動車的重要性,可以看做是發(fā)動機對于燃油車的重要性;而現(xiàn)在的市場格局,有能力的企業(yè)逐步的開始了自研電池,能力有限的,選擇從供應(yīng)商那里購買電池。電池供應(yīng)商巨頭,不用多說,寧德時代在國內(nèi)乃至全球的電池市場,都占有很大的市場份額。
車企們,比亞迪、長城汽車、埃安等,也都在推進自己的自研電池節(jié)奏。在上海車展上長城汽車拿出來新自研的龍鱗甲電池,也是車展上為數(shù)不多的電池技術(shù)產(chǎn)品,最大續(xù)航直接頂?shù)?000km級別的水平,可以直接對標(biāo)寧德時代的麒麟電池了。
從續(xù)航角度出發(fā),龍鱗甲電池可以躋身一流電池行列了。那么,長城汽車的自研電池有什么技術(shù)亮點?除了續(xù)航夠高之外,還有什么值得關(guān)注?
關(guān)于龍鱗甲電池,早在去年就已經(jīng)公布了大致的方案,今年才算是真正意義上的亮相。龍鱗甲電池可兼容鐵鋰、三元、無鈷等全化學(xué)體系方案,用磷酸鐵鋰電芯的龍鱗甲電池系統(tǒng)體積成組效率為76%,續(xù)航超800公里;采用高錳鐵鎳電芯的續(xù)航里程可達900公里;采用三元電芯的龍鱗甲電池續(xù)航則超過1000公里。
在寧德時代麒麟電池之后,又一個1000km續(xù)航的電池技術(shù)。
說實話,龍鱗甲電池能達到1000km續(xù)航的還是用三元電芯的那套方案,電池性能更好。而在電池倉內(nèi),是采用了疊片工藝的技術(shù),解決了空間利用率的問題?,F(xiàn)在電芯的內(nèi)部方案,主流的只有兩種,一是卷繞工藝、二是疊片工藝來填充電芯。
先說卷繞工藝,就是把正極、負(fù)極、隔膜等這些原材料一層一層按照順序纏繞起來,之后在擠壓成型,形狀上可以是圓形、橢圓形和方形(可以理解成卷筒紙這個概念),換到電池方案上特斯拉4680就是這種繞組工藝的產(chǎn)物,寧德時代的方殼電芯也用的是這種工藝。
另一種疊片工藝,把正負(fù)極極片按一定尺寸裁剪,再把正極極片、隔膜和負(fù)極片交替疊在一起。之前這種工藝一直在軟包電池上用的比較多,最近幾年,這個工藝開始在方殼電池上開始受歡迎了。比亞迪的刀片電池就是這個工藝的代表作,這次的龍鱗甲電池也同樣是這個電芯工藝。
之所以這次的龍鱗甲電池,能在續(xù)航里程上達到一個高水平發(fā)揮,和這個疊片工藝密不可分。先說疊片的好處,首先是在同體積的電芯為前提,疊片工藝的能量密度可以更高,例如在電芯拐角處是有弧度的,而那種繞組工藝是無法填滿拐角處的,相反,疊片工藝是可以把電芯的空間最大化利用的。相同體積下,使用疊片工藝的能量密度會高于繞組工藝5%左右,無論是使用磷酸鐵鋰、三元鋰哪種材料,只要體積一直,前者的能量密度就理論上可以做到高于后者。
另外,疊片工藝的循環(huán)壽命會更好,會比繞組工藝的使用壽命高10%左右。其實,疊片的本質(zhì)是許多個極片并聯(lián)在一起,距離小、內(nèi)阻小,電池的發(fā)熱量也就更?。ㄟ@點和特斯拉的全極耳設(shè)計有些類似,主要目的是減少電流);還有在長期循環(huán)使用上,疊片不容易膨脹、變形,結(jié)構(gòu)上來看也更穩(wěn)定。
綜上,龍鱗甲電池從最根本的電芯工藝上做出了改變,但不禁想問,疊片既然這么好,為什么早幾年沒見長城汽車拿出這種1000km續(xù)航級別的產(chǎn)品?
說一下難點吧,疊片雖然好,但它的生產(chǎn)工藝要求極為苛刻。首先它得把正極、負(fù)極和隔膜逐個裁剪,并且還得交替疊在一起。在這個過程中,需要經(jīng)歷數(shù)次裁剪,所以導(dǎo)致它的良品率大打折扣,從而提高了它的制造成本。
利用疊片的制造工業(yè),提高電池的續(xù)航里程,難點不在于方案和思路,而是在于這個工藝在生產(chǎn)端上有著較為苛刻的要求,目前看來長城汽車在這方面應(yīng)該解決的還不錯。
龍鱗甲電池的續(xù)航里程,是靠電芯內(nèi)部的空間利用率提升獲取的。但過多的電芯堆疊,而且距離又非常近,不得不讓人擔(dān)心安全問題。龍鱗甲電池的思路是,通過優(yōu)化防爆閥泄壓、熱防護、冷卻抑制等技術(shù)的設(shè)計來解決這個問題。
首先,龍鱗甲電池在電芯的防爆閥位置,給了新的思路。
業(yè)內(nèi)比較普遍的方式,是把電芯防爆閥放在電池殼頂部,從設(shè)計角度講是得從開發(fā)的時候預(yù)留泄壓通道,把電池?zé)崾Э貒姲l(fā)物引導(dǎo)到側(cè)面來排出。這個過程,具有一定的風(fēng)險,尤其是考量內(nèi)部電芯的距離近、數(shù)量多的前提下,更容易讓高溫噴發(fā)物蔓延、引燃相鄰的電芯。
所以,龍鱗甲電池的做法是,把短刀電芯的防爆閥設(shè)計在底部。這樣一來,電氣連接區(qū)域就能設(shè)計在電池包側(cè)邊。舉例,其中一個電芯發(fā)生熱失控的時候,可以更快速的實現(xiàn)定向的泄壓,噴發(fā)物就可以按指定方向、通過通道迅速排出,不會蔓延到其他電芯。
其次,蜂巢能源加大了電芯防爆閥的面積和數(shù)量,就會使得泄壓速度更快,高溫噴發(fā)物快速流動,熱積累減少,從傳導(dǎo)的角度減少了連鎖反應(yīng)。與此相對的是,傳統(tǒng)電芯頂端泄壓閥的設(shè)計,會導(dǎo)致泄壓速度較慢,從而導(dǎo)致熱量聚集的時間長和集中,容易誘發(fā)熱蔓延。
這類設(shè)計,其實不算新穎。
在龍鱗甲之前,也有其他品牌這么做過。例如上汽集團的魔方電池,把電芯躺著放,泄壓閥也設(shè)計在側(cè)面;然后,特斯拉的CTC方案中,把4680電芯的防爆閥設(shè)計在了底部,這點龍鱗甲與其保持一致。
其實功效都是一樣的,就是怕熱失控把周圍電池帶著一起點燃,需要快速的泄壓。而龍鱗甲電池的電芯防爆閥的面積和數(shù)量,都得到了一定的增加,這樣的舉動也是為了讓泄壓的速度更快,從而能減少熱積累,傳導(dǎo)角度分析也是一定程度避免了連鎖反應(yīng)。
與此相對的是,傳統(tǒng)電芯頂端泄壓閥的設(shè)計,會導(dǎo)致泄壓速度較慢,從而導(dǎo)致熱量聚集的時間長和集中,容易誘發(fā)熱蔓延。
而且,龍鱗甲電池的熱管理效率也非常高,因為它上下兩面純平、極柱在兩側(cè),這種設(shè)計容易進行熱管理,而且冷卻效果會更好。
最后,留下一個問題,龍鱗甲這個電池宣稱是能從A00覆蓋到D級車,還支持300mm-600mm各尺寸電芯,還能結(jié)合CTC\CTB等結(jié)構(gòu)設(shè)計。那,在不同種類的電池結(jié)構(gòu)和車型面前,它的熱管理能力,在更狹小的電池倉內(nèi)和一體化電池包設(shè)計中也能發(fā)揮同樣出色嗎?畢竟更小的電池包,倉內(nèi)對于熱失控管理的要求會更高。我們可以等著這塊電池量產(chǎn)裝車之后,再來看這個問題。
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