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比亚迪刀片电池:为新能源自燃事故“釜底抽薪”

收藏 评论 时间:2020-05-18 10:14 作者:杨波 来源:EV世纪

  日前,工信部联合市场监管总局等单位正式制定并发布了《电动汽车安全要求》等三项标准,要求电动汽车电池热失控后5分钟内,不发生起火爆炸。天气转暖,本应该是广大新能源电动汽车用户最期盼的日子:没有低温影响,电动汽车跑的越来越实在了。不过随着连续几起新能源汽车自燃事故,动力电池的安全性又成为了热门敏感话题,部分消费者开始对电动汽车安全与否产生质疑。

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  一方面各个厂家大踏步的提高三元锂电池能量密度,同时国家在标准上又取消了动力电池强制针刺测试,使得用户总觉得屁股底下这块电池不太踏实。针对这种消费者普遍的顾虑,15年0动力电池安全事故的比亚迪,为我们带来了最优解——刀片电池。

 

  刀片电池里面并没有“刀”

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  比亚迪的刀片电池其实和刀并没有什么关系,只是由于其电芯形状长且薄,故称之为“刀片电池”。以应用在比亚迪汉EV车型上的电芯为例,其长度为1米,宽约10厘米,厚度仅为2厘米,单体电压3.34V,容量可达100Ah,这是之前的电芯形式上从未出现过的。

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  比亚迪在新能源汽车动力电池方面坚持三元锂和磷酸铁锂双线并进的战略,旗下的商用车业务始终离不开磷酸铁锂电池。

  而此次刀片电池在正极材料上就重新回归到磷酸铁锂行列,作为国内最早从事车用磷酸铁锂动力电池独立研发、生产的汽车企业,比亚迪代表着国内该行业的技术顶尖水平。另外相比三元锂电池,磷酸铁锂电池有着更出色的安全性和使用寿命,所采用的CTP无模组技术也更利于提高体积能量密度。

 

  有理有据,刀片电池与“火”无缘

  已发生的新能源电动汽车事故,大部分与动力电池热失控有关,或由于碰撞挤压、或由于过充过放,最终导致电芯过热起火。

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  磷酸铁锂电池相比三元锂电池在热失控方面有着先天优势。三元锂电池在超过200摄氏度时就有可能发生热失控,从而起火爆炸。特别是当出现内部短路故障或者发生碰撞事故导致电池组遭受挤压、变形甚至穿刺的情况下,因此完全无法通过模拟电池内部短路的针刺试验。

  对电池安全极为重要的是,磷酸铁锂电池在500摄氏度以内都有着极高的稳定性,超过800摄氏度时才有发生热失控的可能。此外即便发生热失控,磷酸铁锂电池的放热也非常缓慢,且分解时不会释放氧气,避免起火风险。

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  不久前,比亚迪对新能源乘用车所采用的三元锂电池、传统磷酸铁锂电池和全新刀片电池做过一组对比针刺试验,模拟碰撞后发生的短路故障:实验用钢针对三种充满电的动力电池进行穿刺实验,结果是三元锂电池瞬间剧烈燃烧,表面温度超过500℃;传统的磷酸铁锂块状电池在经过短暂的反应时间后,也产生了浓烟,虽没产生明火,但表面温度也升高至200℃-400℃;而比亚迪最新研发的刀片电池,几乎没有任何反应,仅在表面有一定升温,表面温度测试后在30℃-60℃。

  比亚迪刀片电池基本杜绝了出现燃爆的可能,再一次定义全球动力电池安全新标准。

 

  片片是梁,刀片电池结构更安全高效

  刀片电池使用了CTP无模组设计,即Cell To Pack,由电芯直接组成电池包,省去了模组和其他结构件。我们可能知道这种设计有助于提高空间利用率,但是比亚迪的刀片电池通过CTP还可以将电池包结构做的更加安全。

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  为提高电池包强度,传统电池包内部的模组之间,需要设计布置很多梁结构。比亚迪的刀片电池内部则采用将电芯固定在电池包边框上的形式,让电芯直接成为自身电池包的加固梁。相比传统电池包4-5根左右的梁结构,比亚迪刀片电池则通过电芯形成了紧密排布的数十根、甚至百余根梁结构,强度可想而知。其原理有点类似“一把筷子拧不断”的道理,可承受的碰撞、挤压强度明显强于传统电池包结构。

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  同时在成组效率上,由于传统三元锂电池组需要首先电芯组成模组,再由模组搭配其他结构件来组成电池包总成,其空间利用率仅在40%左右。就好比买一所房子,如果里面有很多的梁和柱,就会显得空间利用率特别低。

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  比亚迪刀片电池通过CTP成组方式,不仅强化了电池包被动安全,还大大提高了体积利用率,其空间利用率达到了60%以上。同样空间内可以容纳更多能量的电池,所以续航能力与主流811三元锂电池相比不落下风。如全新旗舰车型比亚迪汉EV,搭载了一套总能量为77kWh的刀片电池包,NEDC综合续航超过600km。

  除以上安全优势外,刀片电池还可以给整车研发带来一系列优势,如扁平化设计提升车内空间、降低风阻系数,在整个寿命周期内的各个环节提高空间利用率。同时比亚迪还可以提供整体解决方案,打通车和电池的平台化设计。

 

  编辑总结:就目前来看,人们追求高续航的脚步短时间内不会停歇。三元电池的正极材料配比从333、532,到622,再到811,一味追求高镍含量同时降低起到安全稳定作用的钴占比,最终结果就是续航上去了,但是电池安全事故率也上来了。随着三元锂材料能量密度的不断提高,材料的热稳定性会越来越差。在我们追逐高比能量的同时,安全性也不容忽视。

  而比亚迪刀片电池的出现,成为了未来又一个可选的新方向。其不仅可以做到目前一流的续航能力表现,让现阶段的香饽饽三元锂电池黯然失色,同时兼顾了新能源电动汽车上非常重要的安全性,可以大大提高消费者对产品的信心和使用可靠性,使消费者可以买到性能最佳的新能源汽车,并在用车的过程中更加放心,车辆寿命周期更长。

作者:杨波
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