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    寶刀出鞘 解碼比亞迪刀片電池

    2020 年 04 月 08 日 17 : 37 原創 編輯:沈丹 來源:EV知道
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    [ EV知道 實驗室 ]近幾年,新能源汽車行業發展蒸蒸日上,動力電池行業也因此蓬勃發展,鈷酸鋰、錳酸鋰等動力電池隨著時間的檢驗都漸漸淡出動力電池市場,目前動力電池市場則主要剩下了三元鋰和磷酸鐵鋰兩強爭霸。

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    基于政策導向、用戶認知、市場需求等多方面因素,在對于續航要求更高的乘用車領域,近年來三元鋰電池的裝機占比飛速增長。然而隨著電池補貼逐步退出和近期備受關注的電池安全問題,磷酸鐵鋰電池的各項優勢愈發突出,其具有很好的成組效率,工藝與規?;б嬉簿哂袃瀯?。

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    比亞迪率先從兩者之間找到了平衡之法,其剛剛推出的超級磷酸鐵鋰電池(俗稱電芯),因外觀呈扁平的長條狀,而被稱為“刀片電池”。那么它相比普通磷酸鐵鋰塊狀電池來說,“超級”在何處呢?

    ● 能量密度大大提升

    電動汽車的動力電池包通常布置在底盤上的前后軸之間,長度、寬度和厚度都受限。三元鋰電池之所以能夠成為主流技術路線,就在于它的單體能量密度相較于磷酸鐵鋰塊狀電池而言有優勢。相對于三元鋰電池,磷酸鐵鋰塊狀電池的能量密度偏低,傳統結構的磷酸鐵鋰塊狀電池包,所攜帶電量很難支撐電動汽車續航超過400公里。但單體能量密度雖然關鍵,真正決定電動汽車續航的卻是系統(電池包)能量密度。能量密度一般分重量能量密度和體積能量密度兩個維度,比亞迪刀片電池解決方案則可以有效提高磷酸鐵鋰電池的體積能量密度,由此達到更高的續航里程。

    它是如何做到的呢?從形狀來看,顧名思義,刀片電池是將電芯做成了刀片形狀,“刀片”的長度可以根據電池包的尺寸進行定制,最長可以做到2米(據比亞迪電池包發明專利申請相關文件顯示,刀片電池長度可以在600mm—2000mm之間)。通過長電芯陣列來組成電池包,電芯像刀片一樣插入包體內。通過單一電芯的扁平化處理,刀片電池實現了無模組的電池方案。

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    而傳統的電池包內部結構復雜,要先把若干個電芯組裝成模組,再把若干個模組組裝成電池包。其內部需要布置若干縱梁和橫梁,以固定電池模組,并加強電池包的強度。電池模組的外殼和電池包內縱橫交錯的加強梁,會占用大量空間。刀片電池由于取消模組殼體等零件,節省出的空間和重量可以安裝更多的電芯,大幅提高電池包的“體積比能量密度(瓦時/升)”,從而攜帶更多的電量,也就是我們常說的續航能力更強。

    據比亞迪集團副總裁、弗迪電池董事長何龍在刀片電池發布會上透露,傳統電池包的空間利用率僅為40%左右,而刀片電池省去了模組和加強梁兩個環節,空間利用率提升了50%,換言之,電池包內留給電芯的空間可以達到60%。

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    此外,刀片電池還具有高電壓放電能力,能夠為純電動汽車提供更強勁的動力輸出和加速能力,以即將發布的比亞迪漢EV為例,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”之后0-100km/h加速僅需3.9秒,成為“3秒俱樂部”新成員。

    ● 擁有超強安全性能

    磷酸鐵鋰塊狀電池本身在安全性和壽命上就有一定優勢。在比亞迪內部,安全是被含義為最高級別的,不允許出現任何安全問題。比亞迪獨創的七維四層防護體系,全方位有效的保護電池安全,基于磷酸鐵鋰技術的刀片電池安全性保障更加突出。

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    電芯變長變薄,表面積也隨之增大,電芯的散熱效率提升,電池包整體散熱性更優秀。原本磷酸鐵鋰塊狀電池的熱失控表現就優于三元鋰電池,如今刀片電池將冷卻風道、防爆閥等部件設置在電芯兩側(如上圖所示)。電芯疊在一起采用豎直排列,極大地增加了電池包的剛度,因此其安全性也得到提升。

    從鋰電池誕生之初,針刺試驗就是電池安全測試中的最重要的一種手段。時至今日,在鋰電池針對安全的多達300多項試驗中,公認最難的仍是針刺試驗。最近比亞迪電池實驗室對刀片電池進行了該項測試,并與三元鋰電池和磷酸鐵鋰塊狀電池進行對照。在該測試上,刀片電池有不俗的表現。

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    視頻展示,三元鋰電池在被針刺穿的一瞬間就發生了爆燃,溫度超過500攝氏度,場面與2019年上海地下車庫新能源汽車自燃的錄像有極高的相似度。

    寶刀出鞘 解碼比亞迪刀片電池

    相比之下,磷酸鐵鋰塊狀電池的安全性要好一些。在被針刺穿的瞬間,磷酸鐵鋰塊狀電池表面的溫度高達400攝氏度,但并沒有發生起火燃燒的現象。

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    而刀片電池在被刺穿的時候,并沒有任何的異常表現,甚至連冒煙都沒有,結構依舊穩定。通過溫度傳感器顯示,電池表面的溫度只有60攝氏度,甚至低于夏季北京地面最高70度的溫度。這對于動力電池行業安全發展具有里程碑的意義。

    針刺測試與我們的日常用車到底有多大的關系呢?我們都知道電池是我們新能源汽車最重要的部件,為了保護電池的安全,廠家把電池包布置在汽車的底部,目的是防止電池包受到撞擊破壞。但是放在底部就要面對可能出現的剮蹭問題,如果在高速行車的時候,因為路面不平或者有不明物體擋在路中央,如果躲避不及電池包就可能被劃破,甚至有貫穿動力電池的風險。

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    如果此時動力電池是三元鋰電池,三元鋰電池在被刺穿的瞬間就會燃起大火,場面非??膳?,難以控制;若動力電池為磷酸鐵鋰塊狀電池,被劃破的磷酸鐵鋰塊狀電池表面溫度升高到400攝氏度,但并沒出現起火燃燒的現象;而如果動力電池是刀片電池,即使電池被貫穿,汽車也不會起火、更不會爆炸,電池表面的溫度不會超過60度,并沒有什么危險,車主只需要下車打個售后服務電話,換輛車繼續前進。正如比亞迪集團總裁王傳福在刀片電池發布會上所說:“搭載刀片電池的新能源汽車,將把‘自燃’這個詞從新能源汽車的字典中徹底抹掉?!?/p>

    此外,在使用壽命方面,刀片電池相比三元鋰離子電池同樣具有無可比擬的優勢。汽車動力系統專家、我國科學院院士歐陽明高評價:“還有壽命和質保,比亞迪電動大客車現在已經提出10年100萬公里的質保,在商用車領域這已經非常高了?!?/p>

    ● 刀片電池之于三元鋰電池的競爭力如何?

    基于刀片電池+磷酸鐵鋰化學體系能達到的電芯級與電池包級的能量密度,以及其與目前典型的三元鋰電池包的對比,不難看出,刀片電池完全可以在能量密度上與現在市面上高能量三元鋰電池相匹敵。從產品層面來看,漢EV的最高續航成績為605km,已經追近了主流采用三元鋰離子電池純電動車的續航里程。在此基礎上,刀片電池還有更高的安全系數和更長的使用壽命等優點,這將助力刀片電池成為乘用車細分市場中的翹楚。

    全文小結:刀片電池的出現規避了傳統磷酸鐵鋰塊狀電池的短板,并更大程度的發揮了其優勢,完全排除了出現燃爆的可能,再一次定義全球動力電池安全新標準,為行業技術進步提供了新思路。

    本文內容為EV知道( www.vttcommcast.com)編輯或翻譯,轉載請務必注明來源。

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