躺平的魔方电池到底有何不同?

来源:love爱博体育平台 作者:爱博体育官方平台下载 发布时间:2022-09-25 03:49:39 1次浏览

  8 月 10 日,我有机会参加了荣威 iMAX8 EV 的电池技术解析直播课,在之前的 MG MULAN 初次亮相的发布会上,有「上汽新能源之父」之称的上汽集团副总工程师、捷能公司总经理朱军对魔方电池的 LBS 躺式电池技术、魔方电池生态进行了详尽的讲解,可以戳这个链接:《MG CEO 张亮:MG MULAN 对标的是 Model 2》。

  魔方电池的核心是 LBS 躺式电芯技术,通过不同尺寸、不同化学配方的电芯组合实现很广的梯度覆盖。这是因为上汽集团内部品牌众多,且细分市场的车型跨度也非常之大:

  容量涵盖 44—150 kWh,电池包里的电芯排布从 96 到 108 串不等;

  电化学体系,从低能量密度的磷酸铁锂、中能量密度的 5/6 系列三元、高能量密度的半固态电池全部兼容。甚至还有钠离子电池、磷酸盐电池这类刚刚兴起,还未量产的电池类型;

  人不能躺平,但是电芯可以。今天我们就看看这个上汽「躺平」的魔方电池到底有什么亮点。

  电动车发展到现在,大家看车的核心指标之一就是续航,或者换句话说就是电池包的容量大小。但问题是车辆的尺寸处于恒定状态,也就是需要电池包在体积变化不大的基础上增加容量。

  有了这层「紧箍咒」车企只能想办法给电池包塞进更多的电池,以增加电池包的能量密度。

  我们一般用 Wh/kg 或 Wh/L 去衡量电池包的能量密度表现如何,魔方电池的电池包能量密度可以达到 195 Wh/kg,而目前行业的主流的能量密度也不过 180 Wh/kg,可以说妥妥属于第一梯队的水平,更重要的是上汽是在电芯能量密度更低的 5 系配方基础下实现了 195 Wh/kg 的 Pack 能量密度。

  上汽对 5 系电池在电池包的能量密度提升上早有传统,几年前还是上汽 R 品牌的 ER6 就通过一块 72.7 kWh 的 5 系电池包,实现了 620 km 的 NEDC 续航。

  细化看参数,整个电池包的能量密度来到了 180 Wh/kg。不管是续航还是整包电池的能量密度,这在紧凑型轿车中都是一骑绝尘。

  我们知道提高电池包能量密度的做法主要是两个途径:一个是通过 CTP 的方法消减物理上的模组,这可以在保证电池大小不变的情况下放入更多电芯;另一个是通过增大电芯的能量密度来实现整包的密度提升。

  除了使用 CTP 技术对能量密度进行提升外,让传统的立式电芯「躺」下后,躺式电芯的体积利用率也得到了一定提升。

  在传统的立式电芯上,电芯的顶盖厚度、顶盖到隔膜,甚至是底部托片的厚度,都影响了整体的体积利用率,「得房率」不够极限。

  而躺下的电芯就不用太多考虑上面的问题,最终让 5 系电池的电池包密度更进一步达成了 195 Wh/kg 的成绩。

  有了具有竞争力的能量密度,才能在续航参数上带来优势。以今天的讲解的主角荣威 iMAX8 EV 为例,它使用的 90 kWh 魔方电池可以支持这个重量在 2,230 kg 的 MPV 达到 CLTC 标准下 570 km 的续航。

  在堆叠能力密度的同时,也遇到了很多问题,比如热失控怎么处理?寿命能否达标?

  这个热失控指的是,不正常的电池升温升压,当放热副反应的产热速率高于动力电池的散热速率时,电池内压及温度急剧上升,进入无法控制的自加温状态,如果不加以控制,进而会导致电池燃烧。

  而造成这个现象的原因分为两类:短路与过充。它们又分为多种具体因素诱发,这里我就不展开讲了,大家可以看图。

  对于主机厂来说谁家搞电池都逃不开对热失控电芯的「围追堵截」,上汽也是如此。

  目前主流的方块电芯是立起来的,而电芯的泄压阀是朝上喷射的,高温高压的危险废气会直接冲击到电池的上盖板,虽然这个部分是有加强以及泄压通道设置的,但确实离我们的脚很近。

  在上面的图片中,我们可以看到电池包在平行于车轮的方向上,安置了四条泄压通道,内侧的四列双层电芯共用两个通道,外侧的电芯各安置一排通道。

  而外侧托盘考虑到保护电池物理结构稳定的使命,结构强度远大于电池上盖。所以整体来说侧向的电芯泄压阀设计在结构上确实更安全些。

  在魔方电池的设计上,电芯的热失控是允许在上下堆叠的两颗电芯间传导的,结构上这两颗电芯住的是被单独隔离出来的「小单间」。而他们和相邻的其他电芯「小单间」的「联系」也就是接触面积,可以看到是更窄的侧面,远小于立式电芯间的大面积接触。

  所以躺下的电芯,可以在一定程度上,防止电芯的热失控蔓延成多米诺骨牌的大崩溃式结尾。

  为什么不给每颗电芯都做好防护?很多人第一个想到的理由是成本,这一点确实没错。但对于方块电池最重要的还是电池包的能量密度会很难提升。

  这里当然也有例外,就是应用圆柱电池的电池包,会在电芯间填充特殊的复合材料。

  比如国内的岚图纯电车型用的就是三星 SDI 提供的 NCA 高镍 8 系圆柱电芯,他们的方案叫做「琥珀」,正是在电芯间注入阻燃剂、隔热材料、有机硅材料综合的填充剂,如其名电芯像琥珀被填充剂包裹,这种姑且给他算个「小单间」,或者叫做「小床铺」更贴切。

  魔方电池的方案就是「立式冷却结构」,把原有的冷却水板立起来,做竖直的冷却水片,其实还是底部散热,只不过「躺」下后,变成了侧边的状态。

  最终实现的效果比较明显,魔方电池实现了 L0 级防热失控技术,满足 2020 年电池安全国家标准 GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》提出的:电池单体发热失控后电池系统热失控的防护时间为 5 分钟。

  上汽自己也做了现在比较流行的针刺实验,在钢针刺入电池包触发热失控后,被刺的电池包出现冒烟现象,但没有起火、爆炸,也没有出现热蔓延现象。

  仔细看这个图,我们可以看到64 kWh 的电池用角标特别标注了 12 年 100 万公里的超长寿命。

  在 2015 年北京市经信委发布了《北京市示范应用新能源小客车生产企业及产品备案管理细则(2015 年修订)》,其中规定:

  对车辆提供不低于 3 年或 12 万公里的质保服务,对动力电池、电机、整车控制器等关键零部件提供不低于 8 年或 12 万公里的质保服务。

  所以大家可以自行感受下这个 64 kWh 的电池已经超越了多少国家要求,要是按照 20 万公里左右以及三五年的换车周期去看,那么这款电池甚至已经超越了绝大部分个人消费者的换车周期。

  而电芯本身也会由于温度、荷电状态等等因素影响而导致体积上的变化,这个难点如何解决会直接关系到电芯的健康状态。

  传统立式电芯两侧是形变幅度很小的刚性端板对电芯做固定,这就意味着电芯体积变化的框量不能太大,因为过大的话会与被端板挤压受力,这对于电芯的健康状态不利,严重的时候也会挤压破裂。

  在之前朱军描述中,魔方电池会通过一个上下浮动的结构压紧,在整个生命周期下,电池不同的荷电状态,都能将电池固定在限定范围内。

  上下浮动的压紧结构指的是躺式电芯上下层用的是柔性压板,柔性的意思是压板可以随着电池的体积变化去匹配。当然这是不够的,因为上下两层电芯也会因为体积变化相互产生挤压,一般的做法是将结构胶注入其中,一方面可以承接受力,一方面还可以阻燃。

  如何让结构胶更好的贴合电芯的体积变化?上汽选择和化学行业的龙头公司陶氏化学联合开发了给躺式电芯专用的结构胶。

  最终,魔方电池的结构形变实现了「绿巨人弹力裤」的自适应效果,也成为延长电池寿命的一个重要原因。

  之前的 MG MULAN 上,魔方电池应用的是厚度在 110 mm 的电池包,用的是 51 和 64 kWh 的「低」度电池包。而在荣威 iMAX8 EV 上得到应用的是 125 mm 厚度的 108 串 90 kWh 「中」度魔方电池包。作为一款纯电的 MPV,荣威 iMAX8 EV 的车厢内净高还能达到 1,020 mm,大部分原因就是这个厚度较薄的魔方电池。

  而这就是魔方电池的一个优势展示,用上汽工程师的说法,这种根据不同车型需求而去匹配不同化学配方、不同能量密度、不同厚度的方式,就是魔方电池的「梯度利用」。我们延伸到上汽正在布局的换电上,这种梯度利用还会涵盖多种场景下的用车习惯以及更好的车辆残值表现。

  魔方电池躺式电芯这种非传统的电芯布局,带了很多优势和变革。而在 6 月 23 日,电池龙头宁德时代还发布了「麒麟电池」,同样采用了非传统的电芯「倒挂」布置方式。这种突破与 CTC、CTP 技术一道增强了电池包的可用容量,同时延展出了其它优势,是很不错的技能点亮,而后续的压力就给到生产这边了。

回到顶部