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这件事,极氪很低调

42号车库 853浏览 2021-07-13 IP属地: 未知

这件事,极氪很低调

4 月 15 日发布的极氪 001 在这几个月成为了新能源话题榜上的红人,凭借着猎装车的造型以及一系列充满吸引力的配置,这台车俘获了一众持币待购者的芳心。

作为一款电动车,这些配置里最打动人的莫过于大电池以及随之而来的 712 km NEDC 续航。

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众所周知,动力电池是一台电动车上成本最大头的零部件,给一台不到 30 万的中大型电动车配 86/100 kWh 的电池放眼全行业可以说前无古人。

但常言道一分钱一分货,相比竞品更高的「用电量」也引发一种担忧:极氪的大容量电池质量如何,它到底安全吗?

电动车绕不开的话题

安全是绝大多数消费者购车时会在意的环节。对于电动车,除去常规的碰撞测试,电池安全也是一个重点考察项,毕竟没有人愿意成为电动车的起火事故的主角。

针对这种普遍性的担忧,这两年国内新能源市场也开始流行搞电池安全「比武大会」。其中比亚迪凭借磷酸铁锂电芯在化学稳定性上的优势拔得头筹,其电芯在穿刺试验中「不为所动」的表现让人印象深刻,再配合「刀片电池」这个形象好记的名号一举传遍全网人尽皆知。

比亚迪的这次成功对于行业很有参考价值:站在主机厂的角度,电池安全是一个又难又复杂的系统性工程,如何向消费者传递这些信息其实也是一个难题,而滥用试验恰是一种很好的能力展现方式。从消费者视角来看,滥用试验相比各种技术参数来得更加直观,一看便知电池在极端情况下的兜底能力。

不过有一点其实需要注意:即便是滥用试验,也是有区别的

五花八门的「抗压测试」

和电池相关的各种严苛试验可谓五花八门,包括但不限于过充、过放、泡水、挤压、盐雾、冲淋,不得不说为了自证安全,我们车上的电池包确实承受了太多,这些名词听起就给人一种「满清十大酷刑」的联想,对于动力电池而言,排名十大酷刑之首的莫过于热失控试验

那么问题来了:什么是热失控试验?

简单来说,热失控试验就是通过特定手段制造电池系统内部的热失控,模拟极端环境下可能出现的电池起火隐患

目前行业常见的热失控试验有针刺、加热、短接电路等等,这些极端手段造成的结果就是电芯出现内短路,进而发生热失控。

在上周五,极氪公布了自家电池包的热失控试验结果。

极氪这回,与其说「刺」不如说「捅」

在众多的热失控试验中极氪此次选择挑战针刺试验。相比其他引发热失控的方式,针刺试验除了会引发热失控还会对电池产生物理损坏,相对而言可以模拟出现实生活中因为严重底盘碰撞或者托底的情况。

接下来我们来看看这次试验中值得关注的内容。从技术角度来看,极氪这次针刺试验可以说把难度拉满。首先这次针刺试验采用的钢针是国标中直径最大的 8 mm 钢针,更大的直径加大了对于电池的破坏程度,更大刺穿范围造成的短路更大,让热失控过程的发生更加剧烈。

其次令我感到吃惊的一点是这次的穿刺方向并非电池包厚度方向的 Z 向刺穿,而是电池包长度方向的 X 向刺穿,这是刚开始进行穿刺时钢针的长度。

这件事,极氪很低调试验开始时钢针长度

下图是实验中最后钢针停止的位置,可以看出数十厘米长的钢针几乎完全插入电池包中间,整段钢针都充分「伤及要害」,相比刺其实更像是捅,包内被穿刺的「伤口深度」不言而喻

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并且试验中针刺的位置恰好是靠近车尾的地方,相对而言是比较接近实际磕碰场景的位置。

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在钢针深入电池包刚刚伤及电芯的时候,BMS 报警信号就迅速出现了,此时电芯短路刚开始,红外摄像机上拍摄的电池包温度此时还只有 24 ℃。

接下来的时间里,短路电芯开始剧烈反应,大量反应生成的烟雾从排气阀门涌出。这其实反应出电池包系统已经为热失控做好了准备,在第一时间排出了反应气体完成了泄压任务,避免电池包出现过度膨胀。

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在试验随后的时间里,被刺穿电芯的温度一度达到 801.4 ℃,并且在 790 ℃ 以上维持了一段时间,但电池包外部一直没有出现任何明火。摄像头监控下的电池包外壳也没有出现任何熔化和破裂。

在电池包针刺后静置的 24 个小时里,反应烟气被排出以后,电池包外部再也没出现其他任何异样。将电池包从台架取下后观察,电池包结构完好,外部不仅没有严重受损的迹象,甚至连穿刺口上方的电泳层都依然是完好的。

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不过电池包内部的情况,才是让人更为吃惊的。揭开电池包盖板以后,可以看到电池包内的各种固定结构仍然完整,除去最上部受到针刺的模组,其他模组岿然不动。而且不难看出,试验中被穿刺的模组上电芯是紧密挨着的,而这里正是热失控试验最大、最关键的挑战——阻止热失控出现连锁反应,即热蔓延。

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实测的电压测量结果显示,被穿刺电芯的电压已经变为 0 V,但其周围电芯仍为 4.24 V,电芯电压正常。这一关键数据意义重大:周围电芯并未受到热失控电芯的波及,热蔓延并未发生

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最后的这张报告里概括了此次针刺试验的关键结果,用一句话总结那就是:在严苛的针刺条件下,电池包全程没有起火爆炸,及时发出了报警信号,内外关键结构完好,并且最关键的一点,没有发生热蔓延,完全满足目前全球最严格电池热失控 UL2580 标准下要求的 1 小时内无明火和爆炸的要求。

针刺不是主角,电池才是

极氪 001 这块在热失控试验中表现优异的电池包,之所以能有这样的表现其实可以归结于几个层面。

首先电池的排热能力必须要强。在电芯短路触发热失控以后,大约有 70% 的能量会在头一分钟释放,这一过程中如果无法将热量及时排出,持续的温升可能致使电芯内的化学物质燃烧,进而引起电池包的起火燃烧。

而预防这一问题的关键在于电池包在热失控发生以后能否高效、畅通地排出高温气体。极氪电池包内为此预留了专门的无障碍排气通路,并且在电池包两头装有泄压阀,在前面的针刺试验中也可以看到在热失控发生以后电池包及时地将这部分气体排出,避免了压力和热量的堆积。

然后绝热必须做到极致。热失控发生以后,最危险就是相邻电芯。如果热量的传导在此过程中不受阻挠,可以轻易将相邻单元的温度也提升到危险线之上,那就是热蔓延连锁反应触发的开始。所以在电池包内极氪采用了相当多的绝热和阻隔手段,包括但不限于在各个关键部位使用高标准的防火隔热材料,在模组之间做好隔断设计,从导热端入手确保热失控发生以后不会殃及池鱼。

以上两点是比较直观的部分,除此之外,电池包的液冷温控系统在这一期间也在积极地给电池系统降温,尽可能多地将反应处的热量带走。以及在热失控刚发生的瞬间 BMS 发出的警报,并不是只有系统独自知晓,而是会将危险信息通过车辆的中控、氛围灯、手机消息等多种手段第一时间提示给驾驶者或者车内乘员。与此同时,电池包高压电路在短路发生以后会在毫秒级的时间内切断,将短路对电池系统整体的影响降至最低。

包括在电芯的使用生命周期内,BMS 也会监控调节各电芯状态,避免因为电芯电压等一致性差异问题产生的电芯累计性热失控隐患,防患于未然。

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除去电池包,极氪 001 的车身结构也做了专门的针对性强化,比如车辆底盘上的挤压成型的横向铝合金防撞梁,以及电池包下方的防托底护板。

没错,全都要

健康的食物可以做得美味,省油的发动机可以做到动力强。而对于动力电池,安全也不应和电池性能站在对立面

所以,「极芯」是一块三元锂电池。相比磷酸铁锂电池它的能量密度更高,同样的体积下有更大的带电量,而大电池是电动车长续航基本的保障。另一个不容忽略的点,是三元锂电池在低温活性上比磷酸铁锂电池有化学层面上的「天赋优势」,冬季衰减更少

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而说到化学层面,「极芯」此次的电芯正极没有采用 811 高镍配方,而是采用相对更温和更均衡的 5 系配方。在此基础上又进一步采用了单晶 Ni55+ 材料,不仅提高了电芯的热稳定性,还因为降低用镍量带来了更低的成本。又得益于 Ni55+ 电芯可以支持更高的单芯电压,所以最后电芯的能量密度仍然保持了很高的水准。

因此,在高安全性的前提下,「极芯」还是一块没有在电池性能上做出牺牲的电池包。全都要,有何不可?

写在最后

关注新能源行业的朋友应该知道,「极芯」并非第一个通过针刺试验的电池包,也并非第一个通过针刺试验的三元锂电池包,但这次针刺试验仍然有着非常重要的意义。

一方面,「极芯」再次向世人证明了三元锂电池也可以通过严苛的整包穿刺试验。而且更重要的是,极氪 001 突出的价格下还透露出了另一个信息:这种技术的商业化已经成熟,其成本可控,而且可以大规模上量。

以及我注意到一个细节——极氪在发布会上并没有大肆宣传针刺试验。

在我看来,淡定地放出这次试验的背后体现出的是一种态度:电池安全应是一辆电动车的基本产品力

在我看来,这是一种自信也是一种和目标用户的默契。

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