有趣有料 輕松解讀汽車圈1997年之前,燃油車在強(qiáng)勁動(dòng)力和較低能耗之間的矛盾幾乎是無解的。彼時(shí)的汽車市場(chǎng),美系、日產(chǎn)主推大排量自吸,德系開始走渦輪路線,走出石油危機(jī)陰影的車企們都忘記了曾經(jīng)的陣痛,以性能論而忽視燃油經(jīng)濟(jì)性,直到豐田雙擎的出現(xiàn)。
這種全新的混合動(dòng)力,通過發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的共同作用,兼顧了強(qiáng)動(dòng)力和低能耗,以普銳斯為起點(diǎn),卡羅拉、凱美瑞、雷克薩斯等一些列雙擎車讓豐田一戰(zhàn)成名,并由此開啟了本田乃至更多世界一流車企對(duì)低能耗的追逐。
再來看如今的新能源市場(chǎng),動(dòng)力電池的能量密度和安全性矛盾一如燃油車的動(dòng)力和油耗矛盾。過去的幾年,政策的傾斜加上消費(fèi)者偏愛,唯高能量密度論甚囂塵上,在這方面有突出優(yōu)勢(shì)的三元鋰電池出貨量迅猛攀升,可隨之而來的是高居不下的自燃事故。刀片電池體積能量密度將比傳統(tǒng)鐵鋰電池提升50%,安全性大幅提升。和豐田雙擎一樣,刀片電池的出現(xiàn)也大有改變動(dòng)力電池世界格局的潛力。近日,天涯君前往比亞迪位于重慶的弗迪電池超級(jí)工廠,了解了刀片電池背后的故事。“為什么要攀登?因?yàn)樯骄驮谀抢铩薄?/span>和喬治·馬洛里一樣,對(duì)于比亞迪來說徹底解決電動(dòng)車安全問題就是他心中的珠峰。所以從一開始,比亞迪就確立了在安全方面有著天然優(yōu)勢(shì)的磷酸鐵鋰作為核心研發(fā)方向。早在2002年比亞迪開啟了LFP磷酸鐵鋰電池的研發(fā),2008年比亞迪又實(shí)現(xiàn)了全球首創(chuàng)將動(dòng)力電池引入到純電動(dòng)車型e6和雙模車型F3DM上,創(chuàng)行業(yè)之先;即便是隨后幾年,在高能量密度的三元鋰電池被廣泛推崇的市場(chǎng)環(huán)境中,比亞迪也從未放棄對(duì)磷酸鐵鋰電池的再研發(fā)。也正源于此,18年的技術(shù)突破,12年的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新,讓比亞迪在動(dòng)力電池長(zhǎng)寬比、體積利用率等核心技術(shù)層面取得了長(zhǎng)足進(jìn)步,可以說刀片電池的出現(xiàn)正是比亞迪毫不動(dòng)搖將“安全”放在首位,功到自然成的結(jié)果。另一方面也是政策和市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。在中國(guó)市場(chǎng),動(dòng)力電池技術(shù)路線的選擇,一直與政策緊密相連。從2012年國(guó)家出臺(tái)新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中對(duì)電池能量密度提出明確指標(biāo)開始,在當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件下,幾乎已經(jīng)決定了三元電池對(duì)磷酸鐵鋰的全面壓制。可是近年來三元鋰一次又一次讓人擔(dān)憂、顧慮的電動(dòng)車起火、自燃、爆炸事故,一再挑戰(zhàn)消費(fèi)者心理底線,數(shù)據(jù)顯示搭載三元鋰電池電動(dòng)車起火事故率高達(dá)88.9%。市場(chǎng)和新能源車企又重新燃起對(duì)磷酸鐵鋰的興趣。“在500℃的溫度下,磷酸鐵鋰材料結(jié)構(gòu)都非常穩(wěn)定,但三元鋰材料在200℃左右就會(huì)發(fā)生分解,且化學(xué)反應(yīng)較劇烈,會(huì)釋放氧分子,更容易引發(fā)熱失控。”弗迪電池公司副總經(jīng)理孫華軍表示。很明顯,以磷酸鐵鋰作為材料的刀片電池最核心的優(yōu)勢(shì)就是安全性。在參觀電池工廠的過程中,工程師也現(xiàn)場(chǎng)演示了電池領(lǐng)域所有安全測(cè)試中最嚴(yán)苛、最尖端的性能檢測(cè)——針刺試驗(yàn)。它是通過一個(gè)金屬針刺穿電池,模擬電池內(nèi)部發(fā)生短路時(shí)的電池表現(xiàn),而電芯內(nèi)部短路也是電動(dòng)車發(fā)生自燃最主要的因素。從試驗(yàn)中我們可以看到:三元鋰電池在鋼針穿刺電池的一瞬間,隨即出現(xiàn)爆裂噴火燃燒,并伴隨有白煙出現(xiàn),溫度傳感器顯示電池內(nèi)部長(zhǎng)時(shí)間保持在600-700℃高溫;而之后比亞迪磷酸鐵鋰刀片電池測(cè)試中,現(xiàn)場(chǎng)并無明火,也沒有白煙,穿刺表面溫度只有30-60℃。三元鋰電池針刺試驗(yàn)結(jié)果
除了安全性,結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新也為刀片電池帶來了一系列優(yōu)勢(shì)。和過去電池Pack(電池包)按照“電池-模組-整包”組裝模式不同,刀片電池的“刀片”樣式可以讓其通過陣列的方式進(jìn)行排布,直接插入電池包,這種技術(shù)類似于寧德時(shí)代的CTP,不過寧德時(shí)代的CTP是將小模組整合成大模組,而刀片電池是完全取消模組環(huán)節(jié)。這有兩大利好:一方面減少電池包模組環(huán)節(jié)的冗余零部件,可以適當(dāng)為電動(dòng)車減重,進(jìn)而一定程度上提升電動(dòng)車的操控性能,并降低能耗。另一方面,過去磷酸鐵鋰最大的劣勢(shì)——單位質(zhì)量能量密度低,在結(jié)構(gòu)創(chuàng)新之下,可提升電池包體積利用率50%以上,也就說相同大小的電池包,刀片電池能組裝更多電芯,來規(guī)避之前的短板。
所以,比亞迪首款搭載刀片電池的車型——漢EV,綜合工況續(xù)航里程可達(dá)到605公里,超越了目前絕大多數(shù)電動(dòng)車,和小鵬P7、特斯拉Model 3長(zhǎng)續(xù)航版共同躋身超一流續(xù)航。以循環(huán)壽命為例,普通三元鋰電池大概在充放電1000-2000次左右出現(xiàn)容量衰減,而刀片電池材料結(jié)構(gòu)的高穩(wěn)定性可確保其在3000次之后才出現(xiàn)衰減,折算成公里數(shù)使用壽命大約為8年120公里,完全能滿足家用車的日常使用。那么,這么強(qiáng)大的刀片電池又是如何造出來的呢?答案就在重慶弗迪電池工廠身上。這個(gè)自2019年2月開工,到2020年3月刀片電池正式推出,僅用時(shí)一年的時(shí)間,一個(gè)擁有精益化、自動(dòng)化、信息化制造管理系統(tǒng)的世界級(jí)工廠便誕生了。如果從生產(chǎn)工序來看,和普通鋰電池相比,刀片電池也一樣經(jīng)歷配料、涂布、輥壓、疊片、裝配、烘烤、注液、檢測(cè)等8道工序,但刀片電池可以能他人所不能,自然有其殺手锏。比如嚴(yán)苛的生產(chǎn)環(huán)境和條件。孫華軍表示:為了最大程度降低電池的短路率,他們提出了一個(gè)粉塵分級(jí)管控的概念,在一些關(guān)鍵工序上,能夠做到一立方米空間內(nèi),5微米(頭發(fā)絲1/20粗細(xì))的顆粒不超過29個(gè),這達(dá)到了與液晶屏生產(chǎn)車間相同的標(biāo)準(zhǔn)。這是刀片電池高安全性的基礎(chǔ);再比如制造工藝和精度達(dá)到了世界頂尖水平:配料系統(tǒng)的精度在0.2%以內(nèi);雙面同時(shí)涂布,涂布最大寬度達(dá)1300mm、單位面積涂敷重量偏差小于1%;1200mm超大幅寬的輥壓速度可達(dá)120m/min,厚度控制2μm以內(nèi),確保寬尺寸極片厚度的一致性……不僅于此,刀片電池生產(chǎn)之初,為了嚴(yán)守核心技術(shù),很多關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)比亞迪沒有引進(jìn)外來工藝,都是自主研發(fā)?!皩⒔?米長(zhǎng)的極片,能夠?qū)崿F(xiàn)公差控制在±0.3mm以內(nèi)、單片疊片效率在0.3s/pcs的精度和速度,在國(guó)際上我們都屬于首創(chuàng)。這種疊片采用的是比亞迪完全獨(dú)立自主開發(fā)的設(shè)備和裁切方案,這是其他任何人想抄都抄不來的。”孫華軍說。可以說每一塊刀片電池的誕生,都是源自比亞迪對(duì)完美的不懈追求。1997年豐田雙擎技術(shù)的出現(xiàn),既成就了自己,讓豐田一躍成為當(dāng)時(shí)僅次于大眾的世界第二大汽車集團(tuán),也讓雙擎的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)成為豐田和雷克薩斯最突出的產(chǎn)品標(biāo)簽;關(guān)鍵是雙擎的出現(xiàn)改變了行業(yè),以此為起點(diǎn),本田i-MMD誕生,中國(guó)開始規(guī)劃新能源彎道超車戰(zhàn)略,奧迪、奔馳也先后布局48V輕混技術(shù),來降低困擾的能耗問題。如今,將眼光聚焦到動(dòng)力電池。刀片電池的橫空出世,其在安全、壽命上的核心競(jìng)爭(zhēng)力,加上結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、材料創(chuàng)新帶來能量密度和超低溫充放電性能的提升,讓動(dòng)力電池很好的兼顧了安全性和能量密度,也讓市場(chǎng)從續(xù)航里程至上回歸到安全第一的思考上。也許,若干年以后,刀片電池也會(huì)和豐田雙擎一樣改變世界。加入汽車天涯老司機(jī)群、有趣有料有紅包
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