江淮ic5
去年起，電池包層面的技術(shù)進(jìn)展就層出不窮。
寧德時代、比亞迪、蜂巢能源為代表的企業(yè)紛紛推出新的電池包技術(shù)。他們主打的是CTP（Cell To Pack）無模組電池包，目的是提升能量密度，降低成本。
3月5日，江淮汽車舉辦了一場關(guān)于電池包技術(shù)講解的直播，提出了“蜂窩電池”的技術(shù)。該技術(shù)與之前那些降成本的CTP電池包技術(shù)不同，他們首要解決的是安全問題。
“蜂窩電池”主要是利用外延包覆（UE）技術(shù)、雙防爆閥，以及NCA（鎳鈷鋁三元電池）三方面技術(shù)，來提升電池包的安全防護(hù)等級。
“蜂窩電池”最突出的效果是，預(yù)計可以將因電池失效導(dǎo)致的車輛起火概率降低一個數(shù)量級，例如由1萬臺發(fā)生一起熱失控，變成10萬臺發(fā)生一起。
從產(chǎn)品端來看，江淮iC5補(bǔ)貼后預(yù)售價區(qū)間為15.5萬-18萬元，電池包容量為64.5kWh，電池系統(tǒng)能量密度為160.68Wh/kg，NEDC續(xù)航里程可達(dá)530km。從系統(tǒng)能量密度和續(xù)航里程來看，都屬中上水平。
江淮iC5，采用的是21700NCA圓柱電芯，電芯層面的能量密度和成本基礎(chǔ)較好，問題是成組：如何做到既能充分利用其電芯的高比能量，又防止其熱失控威脅電池包和整車安全？
這要從它的蜂窩結(jié)構(gòu)說起。
1、
利用仿生技術(shù)，
開發(fā)“蜂窩電池”
“蜂窩電池”，顧名思義，采用了蜂巢結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計，通過外延包覆的UE技術(shù)（Unitized Encapsulation），實現(xiàn)單元化封裝。
“蜂窩電池”技術(shù)的最大特點在于，極大程度上降低電池系統(tǒng)內(nèi)的熱擴(kuò)散，并且通過保持電池系統(tǒng)恒溫，降低季節(jié)性溫差對電池續(xù)駛里程的影響。
“蜂窩電池”
“蜂窩電池”有哪些特點？
為了能夠深入了解這一技術(shù)，《電動汽車觀察家》采訪了江淮新能源產(chǎn)品總監(jiān)。
該總監(jiān)介紹說，“蜂窩電池”是江淮華霆電池公司多年的研發(fā)成果。該電池包的亮點在于采用了外延包覆技術(shù)，就是指所有電芯360度包覆導(dǎo)熱膠，這有兩大好處。
第一，有效防止熱擴(kuò)散。電芯之間做到了電隔離和熱隔離。即使有1顆電芯失效，它不會波及到周邊，就不會引起連鎖反應(yīng)，做到了電池包的安全。
資料來源：江淮汽車
第二，電芯與導(dǎo)熱膠的接觸面積是做到了100%，散熱更快。電池包內(nèi)部的溫差≤3℃。之所以要降低溫差，是因為當(dāng)電池系統(tǒng)中電池單體間出現(xiàn)溫度不均衡時，電池的化學(xué)反應(yīng)和自放電反應(yīng)速率也會出現(xiàn)不均衡，進(jìn)而導(dǎo)致電池單體間的循環(huán)壽命、容量和內(nèi)阻出現(xiàn)差異。這會直接導(dǎo)致電池包的壽命減短。
導(dǎo)熱膠的全覆蓋也有利于電池的保溫。在冬季，有利于電芯的快速升溫。低溫會使電池內(nèi)部活性物質(zhì)的活性降低，內(nèi)阻、極化電壓增加，導(dǎo)致電池充放電功率和容量都會顯著降低。
第三，蜂窩結(jié)構(gòu)具有很好的堅固性特點，即便受到外力碰撞擠壓也不易出現(xiàn)大面積的坍塌現(xiàn)象，其特殊結(jié)構(gòu)能起到吸收碰撞和擠壓產(chǎn)生力量。利用這個原理，可以使圓柱電芯在模組中間隙空間更大，在遇到外力擠壓和碰撞時有更好的迂回空間。
上述江淮新能源產(chǎn)品總監(jiān)介紹，為了驗證電池包的安全性，江淮對電池包進(jìn)行了一些極端試驗。例如從底部直接用汽油加熱，連續(xù)加熱130秒；以及直接用火焰接觸電池包，連續(xù)燃燒130秒。在防水實驗中，江淮把整個電池包泡入水深1米的水池，連續(xù)浸泡12個小時，這樣的浸水試驗達(dá)到了行業(yè)內(nèi)目前最高的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，也就是IP68的標(biāo)準(zhǔn)。
此外，還對電池包進(jìn)行了最大擠壓力200KN，相當(dāng)于用20噸的擠壓力對電池系統(tǒng)進(jìn)行擠壓的實驗，以及25g的加速度的沖擊試驗；同時還有振動實驗，例如加速度1.8g，頻率200赫茲的高強(qiáng)度的振動試驗等。
該總監(jiān)告訴《電動汽車觀察家》，目前看到的“蜂窩電池”，其實是2.0版本。這一技術(shù)江淮在2016年的時候就已經(jīng)在研發(fā)，性能逐步提升。未來“蜂窩電池”還會繼續(xù)迭代。
資料來源：2017年10月7日，CCTV《還看今朝》
2、
電芯選型有要求
蜂窩電池包的電芯不是隨便選的，其核心還是安全。
電芯的關(guān)鍵詞是雙防爆閥、圓柱21700和NCA。
先來介紹下，這款力神21700電芯，其容量為1C-4.8Ah（0.2C-5Ah），單體能量密度在245wh/kg，從能量密度來看也處于中上游水平。
力神電池（蘇州）有限公司總經(jīng)理薛雷告訴《電動汽車觀察家》，“蜂窩電池”所用的圓柱電芯是按照最高的標(biāo)準(zhǔn)來生產(chǎn)的，其安全等級最高；而且電芯的“死法”是有要求的，即定向爆破。
江淮ic5采用的電芯
這款電芯的一大亮點在于防爆閥設(shè)計，電芯兩端都有防爆閥。六七年前的圓柱電芯在電芯蓋上只有一個防爆閥。薛雷解釋說，只有一頭有防爆閥，發(fā)生熱失控時相當(dāng)于子彈，氣體都向一個方向射出；兩端都有防爆閥，就幫助電池快速泄壓，減小電池?zé)崾Э貢r的威力，有助于電池包的安全。
薛雷表示，防爆閥起到的作用是穩(wěn)定壓力。一般設(shè)計防爆閥的時候，要給電芯留孔泄壓。因此孔開多大是有講究的，如果孔太大機(jī)械強(qiáng)度不夠；如果孔留的太小，氣體不能快速排出去，就會爆炸。
第二個亮點在于，選擇21700圓柱電池這種小電芯。對于電池包的安全來說，電芯的大小也非常重要。薛雷認(rèn)為，電芯容量超過6Ah，目前電池包的任何防護(hù)都很難起到作用。但是21700的容量僅為5Ah，電池包的防護(hù)設(shè)計上能夠起到作用。對于這個大小的電池，圓柱電池的效率及一致性是最好的。
第三個亮點在于，采用NCA（鎳鈷鋁三元電池）電池。相對于NCM電池，NCA電池的安全性和穩(wěn)定性更好，但能同時技術(shù)難度也更大，包括材料技術(shù)、電池設(shè)計和加工技術(shù)。薛雷表示，國內(nèi)很難找到合格的NCA正極材料的供應(yīng)商，他們也是和供應(yīng)商聯(lián)合開發(fā)5年多的時間才成功。目前，該材料全部供應(yīng)力神電池。
“蜂窩電池”最大的特點在于安全，從電芯到電池包的設(shè)計，安全是電池包設(shè)計的重中之重。上述江淮新能源產(chǎn)品總監(jiān)和薛雷都向《電動汽車觀察家》提到，他們的設(shè)計與特斯拉目前的思路很相似，正是看到特斯拉Model 3安全方面的表現(xiàn)很不錯，才讓他們認(rèn)可了這一思路。
3
Model 3與“蜂窩電池”異同分析
那么Model 3的電池包和“蜂窩電池”到底有什么異同呢？
相同點是設(shè)計安全設(shè)計理念相同。
細(xì)節(jié)方面，例如電芯間的縫隙都是通過導(dǎo)熱膠填充。
同時，《電動汽車觀察家》發(fā)現(xiàn)到兩個明顯的不同點。
一是電芯的防爆閥不同。
特斯拉所用的松下和LG化學(xué)的電芯都只有一個防爆閥。而“蜂窩電池”采用的是力神21700電芯，具有兩個防爆閥。
對于這一差別，一位業(yè)內(nèi)專家解釋道，這主要是由于不同企業(yè)間電池水平差距導(dǎo)致，國內(nèi)電芯的一致性要略差于日韓電芯，尤其是失效模式一致性，因此需要在電池包設(shè)計時加以彌補(bǔ)。
二是電芯擺放和液冷管設(shè)計不同。
電芯擺放方面，Model 3的電芯在電池包中是站立擺放，而“蜂窩電池”的電芯則是橫向放置；液冷管設(shè)計上，Model 3采用的是并聯(lián)方式，而“蜂窩電池”則是串并聯(lián)混合方式。
但是橫向擺放電芯帶來的另一個潛在問題是，如果防爆閥水平釋放熱量，很可能會點燃旁邊的模組。
也就是說，相對于Model 3電池包，“蜂窩電池”還要解決模組間的橫向阻燃這一挑戰(zhàn)?！胺涓C電池”模組上下裝配了多重蓋板，應(yīng)該是對水平釋壓做了有效控制，不會引燃周邊的模組。
“蜂窩電池”熱管理
由此可見，雖然特斯拉開放了其電池技術(shù)專利，“蜂窩電池”表面上看也和特斯拉電池模組類似，但并不是照搬特斯拉的方案。江淮華霆在國產(chǎn)21700電芯基礎(chǔ)上，做了針對性設(shè)計，既保持圓柱三元電芯的長處，又提升了整包安全性。
4、
優(yōu)化電池包成重要技術(shù)方向
進(jìn)入2019年后，電池企業(yè)和車企新技術(shù)的發(fā)布，開始更多地向電池包方向傾斜。
2019年7月9日，蜂巢能源就發(fā)布了CTP電池包技術(shù)，聲稱其產(chǎn)品與傳統(tǒng)590模組相比，CTP第一代減少24%的零部件，第二代成組效率提升5-10%，空間利用率提升5%，零部件數(shù)量再減少22%。
同年9月份，寧德時代在法蘭克福展上也發(fā)布了CTP電池包，CTP電池包體積利用率提高了15%-20%，電池包零部件數(shù)量減少40%，生產(chǎn)效率提升了50%，電池包能量密度提升了10%-15%。
今年，電動汽車百人會論壇上，比亞迪股份有限公司董事長王傳福高調(diào)介紹比亞迪磷酸鐵鋰“刀片電池”。和傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池相比，刀片電池體積比能量密度提升了50%，具有高安全、長壽命等特點，整車壽命可達(dá)百萬公里以上。
資料來源：專利圖 注：從左至右依次為寧德時代CTP電池包、刀片電池、蜂巢CTP電池包
上述三家電池企業(yè)的主要特征是提升電池能量密度，減少零部件的使用，從而起到降低成本，提高電池性能的目的。
“蜂窩電池”則是以安全為主要目的，從電芯選型、材料選擇，以及電池包結(jié)構(gòu)等方面共同作用提升電池的安全性。
無論是CTP、“刀片電池”還是“蜂窩電池”，都代表著中國電池企業(yè)在電池技術(shù)領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新，開啟了以電池包層面的技術(shù)創(chuàng)新之路。未來，會有越來越多的企業(yè)著眼于電池包技術(shù)的改進(jìn)，涌現(xiàn)出越來越多優(yōu)秀的設(shè)計，幫助電動汽車不斷提升性能。
“蜂窩電池”的提出，表明在傳統(tǒng)國內(nèi)車企大多推崇方殼、海外傳統(tǒng)車企很多推崇軟包的背景下，圓柱電池技術(shù)路線也在演進(jìn)提升。江淮iC5的表現(xiàn)，以及特斯拉在電芯選型上的動向，也能幫助我們判斷，圓柱電池能否繼續(xù)在動力電池上扮演重要的一支力量。
（轉(zhuǎn)載）
