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安全和续航兼得 打破桎梏的刀片电池真那么神奇?
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安全和续航兼得 打破桎梏的刀片电池真那么神奇?

2020年03月29日 20:34
来源:比亚迪

[车友头条-车友号-比亚迪]  

易车原创 刀片电池,对于我们来说是陌生而又熟悉,熟悉的是在此之前我已经对它做了详细的分析,陌生则是此前它并没有正式走近我们的视野之中。而就在今日的比亚迪刀片电池直播发布会中,在比亚迪集团董事长兼总裁王传福、弗迪电池有限公司董事长何龙、中科院院士欧阳明高的参与之下,刀片电池终于在我们面前揭开了它神秘的面纱。

比亚迪1995年电池起家,目前已经成为磷酸铁锂电池的全球最大生产商,新能源销量连续4年全球第一、连续6年全国第一,以K9等电动大巴为代表的比亚迪新能源汽车素已经遍及50多个国家和地区,即使成绩不错,但其似乎并不满足,逐渐的业界看到了一个更开放的比亚迪,在2018年的全球开发者大会发布了D++生态,逐步开放341个传感器和66项控制权,而e平台则引出了33111的开放密码,目前已有丰田等厂家与比亚迪展开合作,通过建立合资企业合作生产使用e平台的车型。

同D++和e平台开放不同,作为动力电池的先发者,比亚迪之前主推的磷酸铁锂电池有些势微,近些年虽坚持三元锂和磷酸铁锂两条腿走路,但在强势的三元锂路线上并没有特别突出,为了夺回昔日的优势,比亚迪必须进行变革。对于零配件领域的重视使得比亚迪成为了弗迪系公司,涵盖电池、动力、科技、视觉、模具等几大领域,说起弗迪系公司,套用王传福的话说,其与比亚迪就像行星与恒星的关系,不仅能够为其提供完整的配套体系,还能将相关技术和零配件进行输出,作为弗迪电池有限公司推出的最新成果,刀片电池也在这样的条件下应运而生,从弗迪电池有限公司董事长何龙的话中可以听出不少厂家都在探讨关于刀片电池的合作方案,刀片电池是否会开放,我们会继续关注。而关于比亚迪为何在这个时候推出刀片电池及推出背后的考量,大家可以点击下方看《求实》中我的分析,便会有一个明确的了解。

圆柱电池

纵观现在常见的动力电池封装形式大致分为三类,圆柱、软包以及方形三种形式。其中圆柱电池的发展时间最长,技术相对而言最成熟,标准也比较完善,其优势在于各个电芯之间空间较大,在散热方面会有较大优势,但相比而言能量密度会受影响,另外由于其数量较多,对于电池管理系统会提出更高的要求,在组成电池组时需要使用钢壳,轻量化方面也难言满意。

方形电池

方形电池在国内普及率很高,因为其结构较为简单,生产并不复杂,而且其不像圆柱电池那样采用强度较高的不锈钢作为壳体,所以在理论上能量密度比圆柱电池要更胜一筹。但目前而言其并没有形成统一的标准,标准化程度较低,因此成本会比较高。

软包电池

软包电池采用叠加的方式,在体积上相比于圆柱和方型会更薄,而其能量密度在理论上是三种电池中最高的。而且因为软包电池的体积较小,所以其在电池布局的灵活性上要更好一些,软包电池外部虽然也是硬壳包装,但内部每两片软包中间都需放置冷却片,通过冷却液流动保证电池处于最适宜的工作温度,这就意味着软包电池BMS电池控制系统会更加复杂。

随着车辆保有率的增高,消费者对于车辆的接受度和空间的要求也越来越高,这点对于新能源车是个急需解决的问题,究其原因,就新能源车而言,由于加上了体积庞大的动力电池等部件,对于空间的要求更高,在有限的空间下如果选择将空间留给用户,那对于动力电池来说则必然会有所压缩,而传统的动力电池还有着从电池单体到模组再到电池包的三重结构,电池到模组利用率80%,模组到电池包只剩50%,因此电池包留给电池的空间只占整个利用率40%,电池所占的空间利用率即行话所说的体积比能量密度并不高。

刀片电池是封装形式的创新

比亚迪此时推出的“刀片电池”既可以称之为封装形式的延伸,也可以称为一种创新。当然其本质还是磷酸铁锂,之所以称为刀片,是对于其外观的直观描述,通过对于电池结构的改变,将电芯进行扁平化设计,将多个长单体电池集合成电池阵列,就像将薄薄的刀片集成排列,长电池单体的容量更大,而扁平的排列极大程度较少了空间的浪费,使得电池组整体的质量和体积上更加紧凑,进而提升电池组整体的容量。

刀片电池的技术原理

由于采用了GTCP无模组技术,将原先电池单体与电池组之间的模组去掉,将电池单体直接与电池组相连,较传统电池零部件数量有所减少,电池组的制造工艺有所简化,组装难度降低,生产效率提升,可以说刀片电池与GTCP无模组技术的结合在能量密度提升的同时对于控制生产成本也有着显著的帮助。

刀片电池空间利用率方面优势明显

通俗来说,电池能量密度是由两个维度进行定义,其一是重量比能量密度,其二则是体积比能量密度。去掉了模组和梁,没有了模组原先的固定和支撑,取而代之的刀片电池单体既是能量体又是结构件的布局,通过将连接起来的长条形电池固定在电池包边框上,另外利用黏贴高强度板形成蜂窝状的结构,解决了强度和结构的问题,因此体积比能量密度相比传统动力电池提升一半,达到了60%,在这样的条件下,通过量的优势达到质的提升,布置能量密度低的磷酸铁锂电池也能达到比肩三元锂电池的效果。

另外正如上面所说,刀片电池通过结构的减少和中间生产工艺的优化,简化了生产工序,有利于整体成本的下降。据相关人士透露,刀片电池的推出使得比亚迪在动力电池的成本方面预估能下降 20%-30%,以控制电池成本带动整车成本下调,也就是说,刀片电池可以在能量密度比肩三元锂电池的基础之上,继承了磷酸铁锂电池安全性高、稳定性好、寿命长还便宜的优势,这一点对于比亚迪来说尤为重要。

随着人们对于新能源车要求的升级,能量密度更高的三元锂电池技术逐步获得青睐,但在续航里程提升的同时,安全性的问题也愈发不可忽视。在2019年8月的新能源汽车国家大数据联盟发布的《新能能汽车国家监管平台大数据安全监管成果报告》中,仅2019年5月到7月就记录了新能源车安全事故79起,其中58%的车辆起火源于电池问题,电池的安全已成为制约新能源车健康发展的重要因素。

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刀片电池在针刺测试中表现优异

刀片电池真的安全吗,对于电池的安全有针刺、挤压、炉温、过充等多种测试,其中针刺测试是非常关键的一个测试项目,就像汽车碰撞试验中的25%偏置碰,虽不是强制测试,但却严酷而又真实存在。其通过用金属把电池贯穿来模拟日常会遇到的极端情况,在这样的情况下可能引发电池瞬间短路,产品一旦不合格会快速释放大量热能并出现可能的起火等事故。而从对于三元锂、普通磷酸铁锂、磷酸铁锂刀片电池的对比中,我们可以从视频中看出在针刺实验中三元锂电池会剧烈燃烧,表面温度超过500度,电池表面的鸡蛋被炸飞,普通磷酸铁锂电池虽无明火、但有冒烟的现象,表面温度200-400度,而刀片电池在经过尖锐金属刺穿后,无明火无冒烟,表面温度30-60度,与日常无异,这也从侧面印证了安全性方面的好坏。

比亚迪集团董事长兼总裁 王传福

弗迪电池有限公司董事长 何龙

对于未来新能源汽车的走向和动力电池的发展,比亚迪集团董事长兼总裁王传福表示,未来想实现大规模电动化有三大要素,第一要保证高安全和健康,其次要实现长续航及长寿命,第三则是减少对稀有金属的依赖,这点上特斯拉也与比亚迪有着相同的认知,对于钴等稀有金属,其储量少、产地单一、价格昂贵,可能的不确定性较大,目前特斯拉已经计划向无钴电池迈进,而业内两大巨头的共识也预示了减少对稀有金属的依赖的迫切性。

中科院院士、清华大学教授 欧阳明高

中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高则表示未来有三大趋势,其一是材料和体系的升级,比如由有机可燃的材料升级到无机不可燃的固态材料,其次则是以智能制造智能控制为代表的智慧电池,第三是设计和产品工程方面进行创新,这点上比亚迪的刀片电池则是很好的范例。

比亚迪汉EV外观

而据王传福透露,目前刀片电池将在比亚迪的中大型旗舰轿车上进行搭载,就笔者从工信部获得的消息来看,目前比亚迪汉EV/DM已经出现在其2020年第二批次《新能源汽车推广应用推荐车型目录》之中,据悉汉EV将分为长短续航两个版本,长续航版本搭载峰值功率163kW的驱动电机,该款电池组的能量密度高达140Wh/kg,最高NEDC续航里程为605km。短续航里程版本则搭载峰值功率163kW和200kW的前后驱动电机,最高NEDC综合续航为550km,百公里加速为3.9s,今年6月份就将正式上市。

总结:

作为比亚迪今年的重磅车型,汉定位于中大型轿车领域,它的推出可以很好的完善比亚迪在轿车领域的车型矩阵,同时响应国家关于“品牌向上”的号召,加上在结构上有所创新、能够兼顾能量密度与安全性的刀片电池,新车型与新技术的叠加,能否发挥出1加1大于2的效应,能否成为自主品牌成功进军高端轿车市场的里程碑,它的未来值得我们期待。

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(文/车友号 比亚迪)
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