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电动汽车频频自燃 还有没有更安全的电池包?

2020-08-11 05:57:09

中汽协统计数据显示,今年1-8月,我国新能源汽车产销分别完成60.72万辆和60.06万辆,同比分别增长75.38%和87.96%。增长势头迅猛,新能源汽车已经成为消费者买车时认真考虑的选项。

在购买新能源汽车时,消费者首先关心的往往是续航里程以及充电是否方便。但近期接连发生的几起电动汽车着火事件给人们敲响了警钟:如果车载动力电池的安全没有保障,那开电动汽车会不会就像坐在一个不知何时会爆的炸药包上?

消费者偏好高续航电动汽车,新能源汽车补贴新政也向高续航车型倾斜,于是车企纷纷对高续航趋之若鹜。不排除有的车企为了高续航而一味往车上加装电池,却对电池安全问题存侥幸心理。

在这样的行业背景下,有一家造车新势力在首款量产车型上市之前,先埋头钻研电池安全技术,并取得了突破性的成果。

就像一块三明治

确保动力电池的安全是一个综合性课题,涉及电芯的安全、模组的安全、电池包的安全等多方面工作。其中电芯和模组大多都由电池供应商提供,主机厂根据各自的整车要求设计自己的电池包PACK。

(爱驰汽车电池包总成下线仪式,左起:爱驰汽车电池包工厂总经理田元立、爱驰汽车联合创始人兼CEO谷峰、爱驰汽车动力系统开发副总裁吴畏)

8月27日,爱驰汽车自主研发的“三明治”结构电池包在其常熟电池包工厂下线。这种电池包通过优化内部结构减少了电池短路的风险,直接提升了电池安全指数。

爱驰汽车动力系统开发副总裁吴畏表示,PACK的安全设计最大的难点是既要密封防水,又要有效散热。

目前主流的做法是在电池包内增加冷却板,利用冷却循环水把电池的热量带走。冷却板直接放在电池壳体内,置于电池模组的底部,通过导热片与电池模组有效接触,这种设计结构可以达到最佳的冷却效果。

但吴畏表示,这种结构存在冷却液泄漏的风险。因为电池在车上的工作环境十分恶劣,高温、高湿、高真空、振动、冲击、腐蚀等都会在某种程度上对电池的主要部件造成损伤,其中就包括冷却板及管路。

一旦冷却液泄漏,由于冷却板和电池模组在同一空间内,泄漏的冷却液会喷射到电池箱的任何地方,这样就造成电池绝缘性下降,进而发生电池短路。一旦发生短路,电池就会有起火甚至爆炸的风险。

如何保证电池包整个生命周期都不会出现冷却液泄漏,是电池包设计中的一个严峻课题。

这也是吴畏一直在琢磨的问题。2017年年底加入爱驰汽车之后,他带领爱驰三电团队经过长时间的钻研,通过大量的模拟分析和试验验证,最终提出了“三明治”电池包解决方案。

顾名思义,这种电池包拥有类似三明治的多层结构,电池模组和冷却板中间增加了一层绝缘隔离板,把两者从物理层面隔离开来——电池模组所在的箱体是独立密封的,下部的冷却板被隔离到另外一个独立密封的箱体中。

这种结构设计实现了干湿分离,降低了冷却液泄漏到电池箱体的可能性。

即便仍然有冷却液泄漏发生,这种结构也有明显的优势,吴畏表示,“我们可以及时发现冷却液哪里有泄漏,如果有泄漏,光更换泄漏的冷却板就行,非常方便”。

另外,“三明治”电池包增加了底部防冲击空间,在电池模组与电池包底盒之间留有15毫米间隙。这样即使电池包底部受到冲击,也不会伤及电池模组,进一步提高了电池包的安全性。

在爱驰汽车电池检测中心有这样一个“球挤实验”:一个直径50毫米的球,一个直径150毫米的球,对电池包进行25千牛的挤压,然后检测电池包底部有没有发生变形,以及电池模组是否受影响。

除了安全性提升,“三明治”电池包还有一大优点:减重。

“三明治”结构,因为冷却板直接放到电池模组下面,不承受电池模组的压力和冲击力,可以使用普通的薄壁口琴管。综合算下来,爱驰汽车电池包的重量可以减少3-4公斤。

从另一个角度看,减重也相当于提高了电池包的能量密度。吴畏告诉《汽车商业评论》,采用新电池包设计方案之后,爱驰汽车总能量63kWh的电池包的系统能量密度可以达到165Wh/kg。

另外,采取新方案之后,电池箱内部布置更加紧凑,高低压线束布置空间更加合理并能够有效地固定,不仅提高了整个电池系统的可靠性,还大大降低了成本。

不过,这种方案相当考验技术水平,如果做不好,一是会影响电池的传热效果,二是会导致电池包内部冷却不均,温差过大。

爱驰汽车研发团队通过采用低密度传热效率高的导热材料解决了这个问题。

实测结果显示,“三明治”电池包整个电池模组各个位置的温差可以控制在1°之内,散热效果和把冷却板放到电池箱内几乎一样。

新势力就要“新”

传统整车制造商有了新能源汽车产品之后,自建电池厂的也是少数。即便是造车新势力,也很少有厂家在车还没有上市之前优先考虑电池。

但爱驰汽车很早就开始在电池方面布局,可谓“兵马未动,粮草先行”。2017年2月爱驰汽车成立,当年11月就在江苏常熟投资建设了电池包工厂,而其首款量产车型U5是明年上市。

(爱驰电池包工厂生产线)

目前,爱驰汽车除了电池模组是从电池供应商那里采购,电池包、电池控制系统等都是自主研发和生产,电池包安全技术以及电池包产品品控都牢牢掌握在自己手中。

在“三明治”电池包设计方案中,电池安全性是考量的第一位,排在电池循环寿命以及能量密度之前。这也从侧面反映了爱驰汽车作为造车新势力的代表,把用户安全放在第一位。

以往解决电池安全的思路,主要集中在如何做出不易燃的电解液上。爱驰汽车的“三明治”电池包技术,独辟蹊径,从结构上巧动心思,在提升电池安全性的同时成本也没有上升。

这项发明显示了爱驰汽车作为造车新势力不可小觑的创新能力。“三明治”电池包今年3月申请了6、7项国家发明专利,正在审核过程中。

爱驰汽车的电池包工厂一期规划产能每年35000套,未来还将面向所有整车厂开放生产订单。这不仅反映了爱驰汽车分享、共享、开放的商业理念,更体现了这家新造车势力在商业模式上的创新。

此外,在消费者普遍关心的充换电问题上,爱驰汽车也有一套独特做法,可以根据消费者不同需求提供多场景充电换电解决方案。

从今年北京车展开始,造车新势力群体屡次被推上风口浪尖,“不靠谱”、“骗子”、“圈钱”的质疑声此起彼伏,但事实上,不少造车新势力对技术开发的执着丝毫不亚于主流传统车企,只不过它们的产品大部分还未到上市阶段,媒体和消费者无法感知。

8月流出的一份专利数量统计显示,一些造车新势力在智能网联汽车、电动汽车专利数量上已经超过不少传统车企,考虑到两个群体从事汽车行业的时间差,这种差异更令人错愕。

舆论很可能低估了这个群体对造车的认真程度。“三明治”结构电池为什么是由爱驰研发和量产的?电动汽车频频自燃时,你是不是需要一个更安全的电池包?答案不言而喻。