日前,工信部聯(lián)合市場監(jiān)管總局等單位正式制定并發(fā)布了《電動汽車安全要求》等三項標(biāo)準(zhǔn),要求電動汽車電池?zé)崾Э睾?分鐘內(nèi),不發(fā)生起火爆炸。天氣轉(zhuǎn)暖,本應(yīng)該是廣大新能源電動汽車用戶最期盼的日子:沒有低溫影響,電動汽車跑的越來越實在了。不過隨著連續(xù)幾起新能源汽車自燃事故,動力電池的安全性又成為了熱門敏感話題,部分消費者開始對電動汽車安全與否產(chǎn)生質(zhì)疑。
一方面各個廠家大踏步的提高三元鋰電池能量密度,同時國家在標(biāo)準(zhǔn)上又取消了動力電池強(qiáng)制針刺測試,使得用戶總覺得屁股底下這塊電池不太踏實。針對這種消費者普遍的顧慮,15年0動力電池安全事故的比亞迪,為我們帶來了最優(yōu)解——刀片電池。
刀片電池里面并沒有“刀”
比亞迪的刀片電池其實和刀并沒有什么關(guān)系,只是由于其電芯形狀長且薄,故稱之為“刀片電池”。以應(yīng)用在比亞迪漢EV車型上的電芯為例,其長度為1米,寬約10厘米,厚度僅為2厘米,單體電壓3.34V,容量可達(dá)100Ah,這是之前的電芯形式上從未出現(xiàn)過的。
比亞迪在新能源汽車動力電池方面堅持三元鋰和磷酸鐵鋰雙線并進(jìn)的戰(zhàn)略,旗下的商用車業(yè)務(wù)始終離不開磷酸鐵鋰電池。
而此次刀片電池在正極材料上就重新回歸到磷酸鐵鋰行列,作為國內(nèi)最早從事車用磷酸鐵鋰動力電池獨立研發(fā)、生產(chǎn)的汽車企業(yè),比亞迪代表著國內(nèi)該行業(yè)的技術(shù)頂尖水平。另外相比三元鋰電池,磷酸鐵鋰電池有著更出色的安全性和使用壽命,所采用的CTP無模組技術(shù)也更利于提高體積能量密度。
有理有據(jù),刀片電池與“火”無緣
已發(fā)生的新能源電動汽車事故,大部分與動力電池?zé)崾Э赜嘘P(guān),或由于碰撞擠壓、或由于過充過放,最終導(dǎo)致電芯過熱起火。
磷酸鐵鋰電池相比三元鋰電池在熱失控方面有著先天優(yōu)勢。三元鋰電池在超過200攝氏度時就有可能發(fā)生熱失控,從而起火爆炸。特別是當(dāng)出現(xiàn)內(nèi)部短路故障或者發(fā)生碰撞事故導(dǎo)致電池組遭受擠壓、變形甚至穿刺的情況下,因此完全無法通過模擬電池內(nèi)部短路的針刺試驗。
對電池安全極為重要的是,磷酸鐵鋰電池在500攝氏度以內(nèi)都有著極高的穩(wěn)定性,超過800攝氏度時才有發(fā)生熱失控的可能。此外即便發(fā)生熱失控,磷酸鐵鋰電池的放熱也非常緩慢,且分解時不會釋放氧氣,避免起火風(fēng)險。
不久前,比亞迪對新能源乘用車所采用的三元鋰電池、傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池和全新刀片電池做過一組對比針刺試驗,模擬碰撞后發(fā)生的短路故障:實驗用鋼針對三種充滿電的動力電池進(jìn)行穿刺實驗,結(jié)果是三元鋰電池瞬間劇烈燃燒,表面溫度超過500℃;傳統(tǒng)的磷酸鐵鋰塊狀電池在經(jīng)過短暫的反應(yīng)時間后,也產(chǎn)生了濃煙,雖沒產(chǎn)生明火,但表面溫度也升高至200℃-400℃;而比亞迪最新研發(fā)的刀片電池,幾乎沒有任何反應(yīng),僅在表面有一定升溫,表面溫度測試后在30℃-60℃。
比亞迪刀片電池基本杜絕了出現(xiàn)燃爆的可能,再一次定義全球動力電池安全新標(biāo)準(zhǔn)。
片片是梁,刀片電池結(jié)構(gòu)更安全高效
刀片電池使用了CTP無模組設(shè)計,即Cell To Pack,由電芯直接組成電池包,省去了模組和其他結(jié)構(gòu)件。我們可能知道這種設(shè)計有助于提高空間利用率,但是比亞迪的刀片電池通過CTP還可以將電池包結(jié)構(gòu)做的更加安全。
為提高電池包強(qiáng)度,傳統(tǒng)電池包內(nèi)部的模組之間,需要設(shè)計布置很多梁結(jié)構(gòu)。比亞迪的刀片電池內(nèi)部則采用將電芯固定在電池包邊框上的形式,讓電芯直接成為自身電池包的加固梁。相比傳統(tǒng)電池包4-5根左右的梁結(jié)構(gòu),比亞迪刀片電池則通過電芯形成了緊密排布的數(shù)十根、甚至百余根梁結(jié)構(gòu),強(qiáng)度可想而知。其原理有點類似“一把筷子擰不斷”的道理,可承受的碰撞、擠壓強(qiáng)度明顯強(qiáng)于傳統(tǒng)電池包結(jié)構(gòu)。
同時在成組效率上,由于傳統(tǒng)三元鋰電池組需要首先電芯組成模組,再由模組搭配其他結(jié)構(gòu)件來組成電池包總成,其空間利用率僅在40%左右。就好比買一所房子,如果里面有很多的梁和柱,就會顯得空間利用率特別低。
比亞迪刀片電池通過CTP成組方式,不僅強(qiáng)化了電池包被動安全,還大大提高了體積利用率,其空間利用率達(dá)到了60%以上。同樣空間內(nèi)可以容納更多能量的電池,所以續(xù)航能力與主流811三元鋰電池相比不落下風(fēng)。如全新旗艦車型比亞迪漢EV,搭載了一套總能量為77kWh的刀片電池包,NEDC綜合續(xù)航超過600km。
除以上安全優(yōu)勢外,刀片電池還可以給整車研發(fā)帶來一系列優(yōu)勢,如扁平化設(shè)計提升車內(nèi)空間、降低風(fēng)阻系數(shù),在整個壽命周期內(nèi)的各個環(huán)節(jié)提高空間利用率。同時比亞迪還可以提供整體解決方案,打通車和電池的平臺化設(shè)計。
編輯總結(jié):就目前來看,人們追求高續(xù)航的腳步短時間內(nèi)不會停歇。三元電池的正極材料配比從333、532,到622,再到811,一味追求高鎳含量同時降低起到安全穩(wěn)定作用的鈷占比,最終結(jié)果就是續(xù)航上去了,但是電池安全事故率也上來了。隨著三元鋰材料能量密度的不斷提高,材料的熱穩(wěn)定性會越來越差。在我們追逐高比能量的同時,安全性也不容忽視。
而比亞迪刀片電池的出現(xiàn),成為了未來又一個可選的新方向。其不僅可以做到目前一流的續(xù)航能力表現(xiàn),讓現(xiàn)階段的香餑餑三元鋰電池黯然失色,同時兼顧了新能源電動汽車上非常重要的安全性,可以大大提高消費者對產(chǎn)品的信心和使用可靠性,使消費者可以買到性能最佳的新能源汽車,并在用車的過程中更加放心,車輛壽命周期更長。
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