鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1034次 | 2019年11月19日
安全“芯”是根基 解讀歐拉電池核心技術(shù)
面對(duì)全球新能源發(fā)展浪潮,動(dòng)力電池核心技術(shù)將成為車企下一階段最重要的布局領(lǐng)域。但發(fā)展新能源汽車必須邁過電池安全這道門檻,對(duì)一臺(tái)高品質(zhì)的純電動(dòng)汽車而言,電池安全是根基。
今年以來,伴隨多起電動(dòng)汽車起火自燃事件,公眾對(duì)新能源電動(dòng)汽車的安全引發(fā)了廣泛關(guān)注,據(jù)《新能源汽車國家監(jiān)管平臺(tái)大數(shù)據(jù)安全監(jiān)管成果報(bào)告》顯示,從2019年5月起新能源共發(fā)生79起安全事故,涉及車輛96輛。
簡單的說,動(dòng)力電池安全問題概括起來統(tǒng)稱為“熱失控”,就是某些觸發(fā)條件引起電池升溫,當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí)電池就變得不可控,最后的結(jié)果就是燃燒甚至爆炸。
一款安全的動(dòng)力電池涉及電芯研發(fā)、模組試制、PACK批量制造,多項(xiàng)目苛刻測試及裝車驗(yàn)證等多個(gè)環(huán)節(jié)。
近日,長城歐拉組織了一場關(guān)于動(dòng)力電池核心技術(shù)的溝通會(huì),從中我們可以看到歐拉對(duì)于電池技術(shù),特別是電池安全的思路。
電池為何會(huì)熱失控?
作為三電系統(tǒng)的核心組成部分,電池安全的重要性不言而喻。
電池長時(shí)間在液體中浸泡、電池材料不過關(guān)、系統(tǒng)拼裝缺陷、使用中過充過放、機(jī)械外力碰撞,甚至高鎳材料使用等都是誘發(fā)電池起火的風(fēng)險(xiǎn)因素。
引發(fā)熱失控的因素很多,總的來說可以分為機(jī)械外力、不當(dāng)充電、電池過熱、設(shè)計(jì)制造層面缺陷等。
機(jī)械外力,主要包括車輛碰撞、擠壓、泡水、嚴(yán)重托底的針刺等。
不當(dāng)充電,主要以不當(dāng)快充或過充為主,不當(dāng)充電會(huì)引發(fā)電池析鋰導(dǎo)致熱失控溫度大幅下降,并與電解液劇烈反應(yīng),最終發(fā)生熱失控。此外電池析鋰也會(huì)導(dǎo)致鋰枝晶生長刺穿隔膜引發(fā)電池?zé)崾Э亍?/p>
電池過熱,主要誘因是高鎳正極材料的應(yīng)用導(dǎo)致正極釋活性氧與負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)生熱量,此外老化導(dǎo)致電池一致性差等也會(huì)導(dǎo)致電池過熱。
設(shè)計(jì)制造層面的熱失控誘因主要包括電池生產(chǎn)缺陷、散熱設(shè)計(jì)不好、電纜接頭松動(dòng)等。
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一款合格的電池需要經(jīng)歷哪些測試?
當(dāng)前,為了追求更長的續(xù)航里程,我們不得不用能量密度更高的電池,但能量密度越高的電池,熱穩(wěn)定性就更低,這就需要用嚴(yán)苛的測試標(biāo)準(zhǔn)對(duì)動(dòng)力電池安全進(jìn)行充分驗(yàn)證。
在電池安全測試層面的國標(biāo)文件有2個(gè),GB/T31485-2015《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求及試驗(yàn)方法》和GB/T31467.3-2015《電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng)第3部分:安全性要求與測試方法》。
記不住名字不要緊,可以簡單的理解為一個(gè)針對(duì)電池單體和模組的測試,一個(gè)針對(duì)電池系統(tǒng)的測試。
由于新能源安全已經(jīng)成為社會(huì)話題,國家也在制定新的強(qiáng)制測試標(biāo)準(zhǔn),GB《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》報(bào)批稿進(jìn)入送審階段,估計(jì)很快會(huì)正式發(fā)布。
新國標(biāo)的重點(diǎn)內(nèi)容包括:
1.電池單體針刺項(xiàng)目取消;2.浸水測試難度提高(先震動(dòng)再下水);3.新增熱擴(kuò)散試驗(yàn)(起火前5分鐘預(yù)警為乘員留出足夠逃生時(shí)間)。
需要說明的是,國標(biāo)只是行業(yè)入門標(biāo)準(zhǔn),僅僅用來區(qū)分及格與不及格,好多車企自己的測試標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格程度要高于國標(biāo)。
在此次歐拉動(dòng)力電池技術(shù)溝通會(huì)上,網(wǎng)易汽車獲悉以歐拉R1為例,其動(dòng)力電池系統(tǒng)測試項(xiàng)目包括,滿足國標(biāo)要求下的機(jī)械沖擊、溫度沖擊、海水浸泡、高海拔、模擬碰撞、跌落、翻轉(zhuǎn)、擠壓、外部火燒、過溫保護(hù)、鹽霧等15項(xiàng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),其中部分測試標(biāo)準(zhǔn)高于國標(biāo)要求。
例如,在長時(shí)間浸水試驗(yàn)中,水深高度在整車涉水線下條件下,歐拉R1電池包浸泡7天未進(jìn)水。此外,其還安全通過了模擬碰撞及后翻轉(zhuǎn)測試。
值得說明的是,歐拉R1的動(dòng)力電池也符合新國標(biāo)草案中振動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和熱失控?cái)U(kuò)散相關(guān)要求。
測試只是檢驗(yàn)電池安全的一種直觀的手段,一款優(yōu)秀的電池安全需要從結(jié)構(gòu)、電氣安全、BMS策略等全方位考量。
歐拉R1電池采用4層級(jí)安全設(shè)計(jì),包括結(jié)構(gòu)安全、電氣安全、熱管理安全和BMS設(shè)計(jì)。
動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)安全比較容易理解,在一般碰撞下碰撞力度全部由整車結(jié)構(gòu)承擔(dān),從而最大程度保護(hù)電池包結(jié)構(gòu)完成,內(nèi)部無損傷,功能正常使用。
此外,電池包殼體和支架也要形成完整的框架結(jié)構(gòu)能力,底部和側(cè)圍都需要一定的承載能力。當(dāng)車體無法承擔(dān)全部碰撞載荷時(shí),一部分載荷需要由電池包殼體承擔(dān)。
熱管理安全層面,歐拉R1共進(jìn)行了10種特定工況熱管理性能仿真和標(biāo)定,針對(duì)充放電過程中的電芯溫度、壓差等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測,并通過相關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)保證電池的安全,開啟斷電或降溫等策略。
低溫天氣下BMS可對(duì)電池加熱提高充電效率和續(xù)航里程,續(xù)航里程提升10%~20%。
PACK包采用雙向防爆透氣閥設(shè)計(jì),可以平衡電池包內(nèi)外壓力,緊急情況下防爆閥可開啟泄壓保護(hù)。
電氣安全層面,主要針對(duì)高壓電氣安全、電氣保護(hù)、傳感器監(jiān)控等方面入手。歐拉R1電池包高壓元器件絕緣耐壓等級(jí)高于行業(yè)水平。并通過設(shè)定合理的預(yù)充保護(hù)策略,保證電池包全生命周期可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。
BMS安全設(shè)計(jì)層面,主要通過安全設(shè)計(jì)、提前預(yù)測、實(shí)時(shí)診斷和安全預(yù)警的4重安全設(shè)計(jì)確保動(dòng)力電池處于安全運(yùn)行區(qū)。
蜂巢能源是最好的技術(shù)名片
國內(nèi)某一線動(dòng)力電池制造企業(yè)的技術(shù)負(fù)責(zé)人曾向網(wǎng)易汽車表示,車用電池安全是一個(gè)綜合性的話題,其與整車設(shè)計(jì)、整車保護(hù)措施、BMS電池管理系統(tǒng)、模組及電池包封裝技術(shù)、單體電芯品質(zhì)、甚至消費(fèi)者日常駕駛和充電習(xí)慣都有關(guān)聯(lián)性。
實(shí)際上,電池安全是個(gè)很大的話題,需要上下游產(chǎn)業(yè)的通力合作,每個(gè)環(huán)節(jié)都必須做到高質(zhì)量安全才行。
歐拉動(dòng)力電池的主要“供應(yīng)商”來自長城汽車集團(tuán)旗下兄弟企業(yè)-蜂巢能源。蜂巢能源雖然成立時(shí)間不長,但其已擁有超過3000人的研發(fā)團(tuán)隊(duì),其中外籍專家超過350人。業(yè)務(wù)涵蓋汽車動(dòng)力電池材料、電芯、模組、PACK、BMS、大容量儲(chǔ)能系統(tǒng)等。
蜂巢能源的高速疊片方形電池算是業(yè)內(nèi)的知名產(chǎn)品,相對(duì)于卷繞電池,其能量密度增加5%、循環(huán)壽命增加10%、成本減少5%,且更加安全。
得益于蜂巢能源的技術(shù)支持,歐拉R1動(dòng)力電池能量密度達(dá)到160Wh/kg,電量33kWh,NEDC綜合續(xù)航里程351km,這樣的數(shù)據(jù)在純電動(dòng)小型車領(lǐng)域并不差。
此外,續(xù)航數(shù)據(jù)的背后也源自更多的輕量化設(shè)計(jì)。
歐拉R1使用的是523方形鋁殼電芯,模組和PACK均采用輕量化設(shè)計(jì),整包PACK共有15個(gè)模組,單一模組的重量為11.3kg。
電池包上殼體采用SMC復(fù)合材料,具有絕緣性、抗壓性、防腐、防爆、防火,保證強(qiáng)度安全的前提下實(shí)現(xiàn)更多輕量化設(shè)計(jì),下殼體由鋁型材焊接而成。
電池包上下殼體之間采用硅泡棉進(jìn)行密封,滿足電池包IP67及浸水試驗(yàn)要求。
電池是一款高品質(zhì)新能源車的核心,屬于基礎(chǔ)課。但有時(shí)真正打動(dòng)消費(fèi)者的往往是車輛駕乘感受、服務(wù)體驗(yàn)和充電保障等。
為解決新能源汽車用戶的充電痛點(diǎn),長城歐拉聯(lián)合了充電樁企業(yè)組建“歐拉超級(jí)充電聯(lián)盟”,目前聯(lián)盟已經(jīng)在北京、上海等260余個(gè)城市,接入32.8萬根充電樁,實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)覆蓋。用戶只需要在手機(jī)上安裝歐拉APP,便可在聯(lián)盟內(nèi)任何一個(gè)網(wǎng)點(diǎn)充電。
前幾天,長城汽車發(fā)布2019年Q3季度財(cái)報(bào)顯示,總營收達(dá)202.02億元,同比增長18.01%。其中,新能源品牌歐拉銷量表現(xiàn)出色,今年內(nèi)累計(jì)銷量達(dá)32186臺(tái)。
歐拉品牌在不到一年的時(shí)間里就取得行業(yè)前十、細(xì)分市場前三的銷量表現(xiàn),成績足以說明一切。
今年以來新能源市場高品質(zhì)/高性價(jià)比趨勢愈發(fā)明顯,10萬元以上市場,自主品牌開始推出續(xù)航500公里以上的高品質(zhì)車型,合資品牌及豪華品牌也逐漸加入戰(zhàn)場。10萬元以下市場,不少企業(yè)憑借平臺(tái)及三電集成化優(yōu)勢推出了續(xù)航300-400公里且高性價(jià)比車型,細(xì)分市場競爭愈發(fā)激勵(lì)??陀^的說,擺在歐拉面前的挑戰(zhàn)仍不輕松,不過打造精品安全電動(dòng)小車這條路上,依靠長城和蜂巢能源技術(shù)實(shí)力的歐拉正變得游刃有余。