杜絕自燃事故,比亞迪刀片電池如何練就?


進入2020年,電動車的續航已經進化到紙面上完全不會續航焦慮的水平。小鵬P7 5最高706km的NEDC續航水平已經不輸給一些燃油車了,特別是一些和其擁有同樣動力輸出的燃油車。


但是在追求性能、續航以及充電速度的同時,作為希望取代燃油車成為下一個時代的出行工具的電動車,安全性上卻反而不如燃油車。在汽車安全性不斷升級的背景下,這反而成為了一種技術倒退。


電池安全成為電動車普及的重中之重


根據新能源汽車國家大數據聯盟發佈的《新能源汽車國家監管平臺大數據安全監管成果報告》的數據顯示,2019年5-8月發現安全事故79起,在已查明起火原因的車輛中,58%的車輛起火源於電池問題,19%的車輛起火源於碰撞問題。電池安全無疑是新能源車安全的最重要的一環。


儘管電動車起火事故並不能稱得上頻發,但是卻足以成為電動車普及的障礙。保障安全,提升電池的安全性,才能讓消費者更好的接受電動車。


作為全球商用純電動車的代表企業,比亞迪對於安全性的追求一直先於對於續航、性能的追求。同樣的理念也滲透在比亞迪的電動乘用車上,令其不斷追求更為安全的動力電池。


杜絕自燃事故,比亞迪刀片電池如何練就?


磷酸鐵鋰電池雖然在乘用車領域不斷被能量密度更高的三元鋰電池取代,但是因為其安全性一直是比亞迪商用車的首選。同時,比亞迪一直致力於提升磷酸鐵鋰電池的安全性和能量密度,希望將其再度帶回到乘用車上。


而比亞迪的“刀片電池”正是解決問題的關鍵。


不僅如此,比亞迪更希望將“刀片電池”技術與e平臺一起,打造成比亞迪的開放平臺,可以與任何一家車企合作。


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比亞迪集團副總裁兼弗迪電池董事長何龍表示:“幾乎你能想到的所有汽車品牌,都在和我們探討基於刀片電池技術的合作方案,相信大家很快就能看到、聽到刀片電池更多精彩的消息。”


為什麼“刀片電池”更安全?


“刀片電池”是比亞迪的磷酸鐵鋰動力電池最新的產品。


比亞迪集團董事長兼總裁王傳福表示:“‘刀片電池’體現了比亞迪徹底終結新能源汽車安全痛點的決心,更有能力將引領全球動力電池技術路線重回正道,把‘自燃’這個詞從新能源汽車的字典裡徹底抹掉。“


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比亞迪“刀片電池”的安全性核心是磷酸鐵鋰電池比三元鋰電池更高的熱失控閾值。


無論是磷酸鐵鋰電池還是三元鋰電池,都是由正極、負極、電解液以及僅允許鋰離子通過的隔膜構成。一旦因為高溫、穿刺或碰撞導致隔膜破裂,就會導致電池內部正負極發生短路,併發生劇烈反應放出熱量。


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高熱量會導致電解質發生揮發與分解,繼續放熱並進一步破壞隔膜,誘發更加強烈的電池短路現象。如此循環,導致鏈式反應,最終電池組發生熱失控,甚至將揮發的電解液點燃,引發車輛自燃。


而三元鋰電池在不足200度就會發生電解質揮發,磷酸鐵鋰電池則在800度下才會出現電解質揮發的問題。磷酸鐵鋰的熱失控閾值遠高於三元鋰電池,讓其在車輛上則安全性表現更加優秀。


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而且“刀片電池”在磷酸鐵鋰電池上更進一步,通過巧妙的設計控制電芯熱失控的擴散:通過直列式排布結構 + 高溫絕緣陶瓷防護 + 隔煙通道,打造“難以著火的電池”。並採用面板式液冷系統,散熱更均勻,效果更好。


即使在各種極端條件下,也能將溫度控制在熱失控閾值之下,避免發生因為高溫、穿刺等故障導致的熱失控起火問題。


比亞迪用穿刺實驗直觀的對比了三元鋰、磷酸鐵鋰以及“刀片電池”,三種動力電池在極端情況下的安全性差距。


其實國家電池標準中曾經存在針刺試驗,測試標準是是使用直徑6-8mm的鋼針以25mm/s的速度垂直穿刺,並至少貫穿三個蓄電池,並且鋼針停留在蓄電池中,觀察一小時不能出現爆炸、燃燒、起火。之後因為難度過高而取消了。


而“刀片電池”在針刺實驗中的表現,完全可以稱得上優秀。對比三元鋰電池在針刺後表面溫度迅速超過500℃,發生熱失控並劇烈燃燒,以及傳統塊狀磷酸鐵鋰電池被穿刺後冒煙,溫度達到200℃~400℃,“刀片電池”在穿刺後無火,無煙,電池表面的溫度僅有30-60℃左右。


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對於“刀片電池”的表現,專攻新能源車動力系統研究的中國科學院院士歐陽明高院士認為:“刀片電池在真實實驗中的表現是非常優異的。”


他進一步對“刀片電池”的優秀表現作出解釋:“我想優異的原因可能有兩個方面,一個方面因為刀片電池是一個長條形的電池,所以它的散熱面積比較大;另外一方面,當針刺的時候,它短路的回落比較長,所以產熱的能力相對要下降。一方面產熱下降,一方面散熱加強,當然溫升速率就會比較小,所以針刺的表現非常好。”


“刀片電池”優秀的安全性將會打消消費者對於新能源車安全性的擔憂。


高效、高能,打破磷酸鐵鋰應用天花板


除了安全性的提升,“刀片電池”更提升了阻礙磷酸鐵鋰電池大規模應用的能量密度較低的問題。


用上“刀片電池”的比亞迪漢EV的能量密度達到了140Wh/kg,雖然與能量密度最高的ncm811三元鋰電池的180Wh/kg有點距離,但是已經達到了主流級別的三元鋰電池的能量密度。


所以比亞迪董事長王傳福所說“刀片電池”與三元鋰電池在相同體積下所儲存的電量也相差無幾的說法並不算過分誇張。


杜絕自燃事故,比亞迪刀片電池如何練就?


為了實現140kW/kg的能量密度,“刀片電池”與傳統動力電池由單體組成“模組”之後再組成電池組的方式不同。“刀片電池”直接由電池單體組成動力電池組,最終達成在同樣的空間內裝入更多電芯的設計目標。相較傳統電池包40%的空間利用率,刀片電池的體積利用率達到超過60%。而且因為簡化了結構,電池包的重量與成本都會相應降低。


當然,同樣的技術三元鋰電池也可以實現,寧德時代也推出了CTP(Cell To Pack)集成動力電池,能量密度達到了200Wh/kg以上。


能量密度比不過三元鋰,但是“刀片電池”在成本上遠遠勝出。退坡的新能源車補貼讓磷酸鐵鋰電池的價格優勢進一步凸顯。


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2019年,我國動力電池成本大約 0.6 -1元/Wh,而磷酸鐵鋰電池成本在 0.69元/Wh以下。比如採用了77kWh電池包的漢EV,採用磷酸鐵鋰電池成本能降低超過1萬元。


在安全性與低成本外,“刀片電池”還具有高電壓放電能力。即將發佈的比亞迪漢EV,在搭配全球首次量產應用的“高性能碳化硅MOSFET電機控制模塊”之後0-100km/h加速僅需3.9秒。


對於中低端甚至是絕大部分主流需求來說,安全、可靠、低成本、長續航甚至可以實現高性能的“刀片電池”已經足夠優秀。


杜絕自燃事故,比亞迪刀片電池如何練就?


作為消費者,我非常期待“刀片電池”帶來更安全、更實惠的新能源車,讓純電車真正的走進我們生活之中,成為一個更好的購車選項。


總結


什麼是我們未來的出行工具呢?作為目前新能源車之中發展勢頭最好、也是最成熟的電動車或許是一個很好的選項。但是在實際體驗之中,拋開續航問題和高昂的售價等問題,我們並沒有感受到電動車有任何能夠取代燃油車的優勢。


我們需要更多類似刀片電池這樣的技術,以及更開闊的思維,打造出更接地氣的新能源車。


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