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动力电池的安全隐患,这家车企给出了终极治疗手段
电驹 37.9万浏览 2020-04-01

经过几年的蓬勃发展,电动汽车早已深入到普通消费者的生活中。无论是接头巷尾一闪而过的电动车,还是纷纷电动化的网约车、出租车,都在告诉我们:电动汽车的使用已经不再难。那么这几年针对电动车热议,“续航问题”、“充电问题”、“安全问题”都解决了吗?

续航毋庸讳言,续航方面,电动车早已是一年一个台阶,NEDC工况续航破500km成为寻常;充电也不再难,半个小时从电量30%到80%是旗舰车型的标配;至于安全问题,依然是电动汽车无可回避的一个难点。或许,这家车企的创新,将解决动力电池安全隐患这一终极难题。

刀片电池挑战针刺试验

3月29日下午,比亚迪以线上发布会的方式公布了刀片型磷酸铁锂电池(下文简称刀片电池)。在发布会上,比亚迪播放了一段三种电池挑战针刺试验的视频。

视频的内容是这样的:在同样的测试条件下,三元锂电池在针刺瞬间出现剧烈的温度变化,表面温度

迅速超过500℃,并发生极端热失控,开始剧烈燃烧,电池表面的鸡蛋被炸飞;传统磷酸铁锂电池在被穿透后无明火,有烟雾从电池卸压阀喷出,表面温度达到了200℃~400℃,电池表面的鸡蛋被高温烤焦;比亚迪”刀片电池”在穿透后无明火,甚至无烟雾,电池表面的温度仅有30℃左右,电池表面的鸡蛋无变化。

针刺测试对国内消费者本来不应该是一个陌生的测试。在2018年1月24日,工信部发布了3项强制标准征求意见稿的通知,其中一项是关于GB《电动汽车用锂离子动力蓄电池安全要求》,在这个意见稿里面,除了取消模块级别的所有测试,对单体电池的针刺要求也取消了。

针刺试验是模拟锂离子电池内部短路、导致热失控、进而爆炸起火的试验方法。针刺测试作为如此经典的电池安全测试方法之一,为何取消呢?

当时征求意见稿的编制说明给了三个理由:一、准入管理里面规定暂不执行;二、两个IEC等标准没有采用针刺;三、认为针刺与实际失效模式不相符。

归根结底,是由于当时三元锂电池目前占据市场主流,但三元锂电池所使用的正极材料(镍、钴、锰)升温速率极高,200摄氏度的温度就将引发热失控。所以由于天生缺陷,无法通过针刺测试。即便如今三元锂电池技术也在不断精进,截至目前依然没有一款三元锂电池能通过针刺测试。

也正因如此,从测试标准上来说,针刺测试是被行业公认为最难通过的测试,处于测试金字塔塔尖的位置。从实际意义上来说,能够通过针刺测试,那么说明电动汽车的底盘便可以承受任何复杂的路况。从这点来说,比亚迪刀片电池将引领全球动力电池安全新高度。

“刀片电池”为何能够征服针刺测试

刀片电池通过针刺测试,可以说引爆了网络。动力电池可以做到如此安全,让广大消费者都对电动汽车刮目相看。比亚迪比亚迪公司董事长王传福甚至直接在发布会上表示,刀片电池将引领全球动力电池重回正道,将“自燃”从新能源汽车的字典里彻底抹掉。

为什么比亚迪刀片电池能够征服针刺测试?

刀片电池能够征服针刺测试首先得益于磷酸铁锂电池本身,磷酸铁锂本身结构稳定,热稳定性高,且使用过程中体积变化小。

比亚迪在电池内部在高风险安全位点,使用耐高温和具有优异绝缘性能的高温陶瓷涂层,这样就将安全性能极大地提升。即便是电芯发生内部短路时,一般不会发生剧烈反应,极端情况下仅有冒烟现象。从测试的视频中可见,即便是针刺,也没有冒烟。

对于比亚迪刀片电池在针刺实验中的优异表现,欧阳明高院士是这样评价的:“刀片电池在真实实验中的表现是非常优异的,我想优异的原因可能有两个方面,一个方面因为刀片电池是一个长条形的电池,所以它的散热面积比较大;另外一方面,当针刺的时候,它短路的回落比较长,所以产热的能力相对要下降。一方面产热下降,一方面散热加强,当然温升速率就会比较小,所以针刺的表现非常好。”

如果说在新能源汽车领域找一个权威的话,欧阳明高院士必然在列。欧阳明高院士长期从事节能与新能源汽车能源动力系统研究,主持和参与了国家和国际相关重大科技计划,现担任国家863“节能与新能源汽车”重大项目专家组组长、中美清洁能源联合研究中心“清洁汽车”联盟中方首席科学家。2017年11月,他当选中国科学院院士。

欧阳明高院士认为,未来动力电池要在设计和产品工程方面进行创新。他认为,刀片电池就是这么一个非常好的例子。

兼顾高续航、长寿命

安全是动力电池的基石,但是高续航和长寿命才能获得车企的青睐。

我们知道,传统电池包的生产可以分成两个步骤:第一由电池组成电池模组;第二把组装好的模组排布在一个托盘上组成电池包,电池模组里面电池的空间利用率只有80%,其他都是模组的结构件。

从模组再到电池包,由于要承载几百公斤的模组,所以需要在模组之间布置许多横梁,来保证整个电池包的强度,再加上其他的结构件,使得电池模组在电池包里边的利用率仅为50%。那么电池倒模组的空间利率80%,再乘以模组到电池包的利用率50%,等于40%。

比亚迪另辟蹊径,电池在作为能量件的同时,也直接做成结构件。比亚迪直接把电池拉长,将电池固定在电池包的边框上,让电池同时也变成结构件,直接增支撑电池包的量,这样就既解决了固定的问题,也解决了强度的问题。

相比于过去的铁电池,刀片电池由于形状上的直观变化,使得其可以省去模组及电池包内起固定作用的各种横梁纵梁,直接以一片片排列的方式装入电池包壳体。这一方案使得电池包的空间利用率可以达到60%以上。

刀片电池将电池采用无模组电池成组方式,将电池包整体空间利用率由过去的40%,提升到了60%,直接将搭载磷酸铁锂电池电动汽车的续航里程,提升到了三元锂电池汽车的水平。

过去磷酸铁锂电池以安全环保、寿命长知名,但是成组能量密度不如三元锂电池,刀片电池则解决了这一难题。

以比亚迪汉EV为例,汉EV的车身尺寸4980×1910×1495mm,轴距为2920mm。作为一辆中大型轿车,比亚迪汉EV搭载77kWh的大电池,整备质量仅仅为2020kg。这便是得益于刀片电池高比能量的特性,汉EV才能做到电池大车身轻。

此外,磷酸铁锂材料可逆性好、电位低(稳定性好)、充放电过程中膨胀小。据了解,比亚迪刀片电池可充放电3000次以上,行驶120万公里。

动力电池格局将变?

动力电池从群雄并起,到如今三元锂和磷酸铁锂两强争霸,两方势均力敌,互有优势。但刀片电池此次在安全方面的大突破,又将竞争态势推向高潮。王传福在发布会上说道:“坦白讲,对电池能量密度不切实际的追求,彻底带偏了并且动力电池行业的发展路线,并且让新能源乘用车的安全口碑付出了极其惨重的代价。”

王传福直指三元材料本身:“过去几年因为电池行业不同企业的技术及品控水平的参差不齐,再加上三元材料本身的特点,电动车的自燃甚至爆燃的事件明显增多,加高能量密度的三元电池的安全问题暴露无遗。正所谓一荣俱荣,一损俱损,对于行业的跑偏,作为行业的领导品牌,比亚迪要做一些什么?”

诚如王传福所言,高镍811型三元电池推广一年有余,至今无法成为主流,就是源于当前的技术无法解决高镍的易爆性。一旦发生事故,就会给三元电池带来毁灭性打击。铁锂电池天然具有安全高、成本低、耐用长的优势,不过铁锂电池致命的能量密度低一向为人诟病。

刀片电池不仅在安全性上更上一层楼,直接通过针刺测试,无人出乎其右。并且刀片电池的体积能量密度与811三元锂电池接近,高体积密度可以在较小的空间布置大容量的电池,单次充电可满足600公里续航需求,克服了铁锂电池能量密度低的弱点。

2019年,我国动力电池装车量累计62.2GWh,同比累计增长9.2%。其中三元电池装车量累计40.5GWh,占总装车量65.2%,同比累计增长22.5%;磷酸铁锂电池装车量累计20.2GWh,占总装车量32.5%,同比累计下降9.0%。比亚迪刀片电池以安全为营寨,以长续航、长寿命为先锋,这场动力电池路线争霸战,最终的话语权属于谁尚未可知。不过随着刀片电池的入场,2020年的动力市场格局将要发生改变了。

用刀片电池来实行“改革开放”

从自给自足到向外供货,从2017年下半年开始,王传福就开始思考这个问题。国内车载动力电池江湖,宁德时代后来居上出货量及装机量,给了王传福触动。

“维此良人,弗求弗迪。”取自《诗经.大雅.桑柔》,寓意着诚实有信,踏实精进。比亚迪成立五家弗迪系公司,进一步加快新能源核心零部件的对外合作。这5家子公司,分别是弗迪电池有限公司、弗迪视觉有限公司、弗迪科技有限公司、弗迪动力有限公司、弗迪模具有限公司。

王传福将弗迪系和比亚迪的关系,比喻成行星和恒星的关系。他希望弗迪系的每一家公司,在各自领域独当一面。坐标深圳的比亚迪,这一场“改革开放”从刀片电池开始。

弗迪电池有限公司于2019年5月5日注册完成,其前身是比亚迪锂电池有限公司,早在1998年就已成立。据王传福介绍,刀片电池只在比亚迪汉纯电车型搭载应用,其他车型暂无规划。

高安全、高续航、长寿命,比亚迪有限公司副总裁、弗迪电池有限公司董事长何龙表示,“几乎你能想到的所有汽车品牌,都在和我们探讨基于‘刀片电池’技术的合作方案。”新能源汽车行业的格局要变了。

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