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電動汽車頻頻自燃 還有沒有更安全的電池包?

來源:汽車商業評論 | 2018-09-19 11:16:20
中汽協統計數據顯示,今年1-8月,我國新能源汽車產銷分別完成60.72萬輛和60.06萬輛,同比分別增長75.38%和87.96%。增長勢頭迅猛,新能源汽車已經成為消費者買車時認真考慮的選項。

中汽協統計數據顯示,今年1-8月,我國新能源汽車產銷分別完成60.72萬輛和60.06萬輛,同比分別增長75.38%和87.96%。增長勢頭迅猛,新能源汽車已經成為消費者買車時認真考慮的選項。

在購買新能源汽車時,消費者首先關心的往往是續航里程以及充電是否方便。但近期接連發生的幾起電動汽車著火事件給人們敲響了警鐘:如果車載動力電池的安全沒有保障,那開電動汽車會不會就像坐在一個不知何時會爆的炸藥包上?

消費者偏好高續航電動汽車,新能源汽車補貼新政也向高續航車型傾斜,于是車企紛紛對高續航趨之若鶩。不排除有的車企為了高續航而一味往車上加裝電池,卻對電池安全問題存僥幸心理。

在這樣的行業背景下,有一家造車新勢力在首款量產車型上市之前,先埋頭鉆研電池安全技術,并取得了突破性的成果。 

就像一塊三明治

確保動力電池的安全是一個綜合性課題,涉及電芯的安全、模組的安全、電池包的安全等多方面工作。其中電芯和模組大多都由電池供應商提供,主機廠根據各自的整車要求設計自己的電池包PACK。

(愛馳汽車電池包總成下線儀式,左起:愛馳汽車電池包工廠總經理田元立、愛馳汽車聯合創始人兼CEO谷峰、愛馳汽車動力系統開發副總裁吳畏)

8月27日,愛馳汽車自主研發的“三明治”結構電池包在其常熟電池包工廠下線。這種電池包通過優化內部結構減少了電池短路的風險,直接提升了電池安全指數。

愛馳汽車動力系統開發副總裁吳畏表示,PACK的安全設計最大的難點是既要密封防水,又要有效散熱。

目前主流的做法是在電池包內增加冷卻板,利用冷卻循環水把電池的熱量帶走。冷卻板直接放在電池殼體內,置于電池模組的底部,通過導熱片與電池模組有效接觸,這種設計結構可以達到最佳的冷卻效果。

但吳畏表示,這種結構存在冷卻液泄漏的風險。因為電池在車上的工作環境十分惡劣,高溫、高濕、高真空、振動、沖擊、腐蝕等都會在某種程度上對電池的主要部件造成損傷,其中就包括冷卻板及管路。

一旦冷卻液泄漏,由于冷卻板和電池模組在同一空間內,泄漏的冷卻液會噴射到電池箱的任何地方,這樣就造成電池絕緣性下降,進而發生電池短路。一旦發生短路,電池就會有起火甚至爆炸的風險。

如何保證電池包整個生命周期都不會出現冷卻液泄漏,是電池包設計中的一個嚴峻課題。

這也是吳畏一直在琢磨的問題。2017年年底加入愛馳汽車之后,他帶領愛馳三電團隊經過長時間的鉆研,通過大量的模擬分析和試驗驗證,最終提出了“三明治”電池包解決方案。

顧名思義,這種電池包擁有類似三明治的多層結構,電池模組和冷卻板中間增加了一層絕緣隔離板,把兩者從物理層面隔離開來——電池模組所在的箱體是獨立密封的,下部的冷卻板被隔離到另外一個獨立密封的箱體中。

這種結構設計實現了干濕分離,降低了冷卻液泄漏到電池箱體的可能性。

即便仍然有冷卻液泄漏發生,這種結構也有明顯的優勢,吳畏表示,“我們可以及時發現冷卻液哪里有泄漏,如果有泄漏,光更換泄漏的冷卻板就行,非常方便”。

另外,“三明治”電池包增加了底部防沖擊空間,在電池模組與電池包底盒之間留有15毫米間隙。這樣即使電池包底部受到沖擊,也不會傷及電池模組,進一步提高了電池包的安全性。

在愛馳汽車電池檢測中心有這樣一個“球擠實驗”:一個直徑50毫米的球,一個直徑150毫米的球,對電池包進行25千牛的擠壓,然后檢測電池包底部有沒有發生變形,以及電池模組是否受影響。

除了安全性提升,“三明治”電池包還有一大優點:減重。

“三明治”結構,因為冷卻板直接放到電池模組下面,不承受電池模組的壓力和沖擊力,可以使用普通的薄壁口琴管。綜合算下來,愛馳汽車電池包的重量可以減少3-4公斤。

從另一個角度看,減重也相當于提高了電池包的能量密度。吳畏告訴《汽車商業評論》,采用新電池包設計方案之后,愛馳汽車總能量63kWh的電池包的系統能量密度可以達到165Wh/kg。

另外,采取新方案之后,電池箱內部布置更加緊湊,高低壓線束布置空間更加合理并能夠有效地固定,不僅提高了整個電池系統的可靠性,還大大降低了成本。

不過,這種方案相當考驗技術水平,如果做不好,一是會影響電池的傳熱效果,二是會導致電池包內部冷卻不均,溫差過大。

愛馳汽車研發團隊通過采用低密度傳熱效率高的導熱材料解決了這個問題。

實測結果顯示,“三明治”電池包整個電池模組各個位置的溫差可以控制在1°之內,散熱效果和把冷卻板放到電池箱內幾乎一樣。

 新勢力就要“新”

傳統整車制造商有了新能源汽車產品之后,自建電池廠的也是少數。即便是造車新勢力,也很少有廠家在車還沒有上市之前優先考慮電池。 

但愛馳汽車很早就開始在電池方面布局,可謂“兵馬未動,糧草先行”。2017年2月愛馳汽車成立,當年11月就在江蘇常熟投資建設了電池包工廠,而其首款量產車型U5是明年上市。

(愛馳電池包工廠生產線)

目前,愛馳汽車除了電池模組是從電池供應商那里采購,電池包、電池控制系統等都是自主研發和生產,電池包安全技術以及電池包產品品控都牢牢掌握在自己手中。

在“三明治”電池包設計方案中,電池安全性是考量的第一位,排在電池循環壽命以及能量密度之前。這也從側面反映了愛馳汽車作為造車新勢力的代表,把用戶安全放在第一位。

以往解決電池安全的思路,主要集中在如何做出不易燃的電解液上。愛馳汽車的“三明治”電池包技術,獨辟蹊徑,從結構上巧動心思,在提升電池安全性的同時成本也沒有上升。

這項發明顯示了愛馳汽車作為造車新勢力不可小覷的創新能力。“三明治”電池包今年3月申請了6、7項國家發明專利,正在審核過程中。

愛馳汽車的電池包工廠一期規劃產能每年35000套,未來還將面向所有整車廠開放生產訂單。這不僅反映了愛馳汽車分享、共享、開放的商業理念,更體現了這家新造車勢力在商業模式上的創新。

此外,在消費者普遍關心的充換電問題上,愛馳汽車也有一套獨特做法,可以根據消費者不同需求提供多場景充電換電解決方案。

從今年北京車展開始,造車新勢力群體屢次被推上風口浪尖,“不靠譜”、“騙子”、“圈錢”的質疑聲此起彼伏,但事實上,不少造車新勢力對技術開發的執著絲毫不亞于主流傳統車企,只不過它們的產品大部分還未到上市階段,媒體和消費者無法感知。

8月流出的一份專利數量統計顯示,一些造車新勢力在智能網聯汽車、電動汽車專利數量上已經超過不少傳統車企,考慮到兩個群體從事汽車行業的時間差,這種差異更令人錯愕。

輿論很可能低估了這個群體對造車的認真程度。“三明治”結構電池為什么是由愛馳研發和量產的?電動汽車頻頻自燃時,你是不是需要一個更安全的電池包?答案不言而喻。

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