大禹、刀片、弹匣、琥珀/云母,五花八门的电池技术哪家强?

大禹、刀片、弹匣、琥珀/云母,五花八门的电池技术哪家强?
2021-09-24 20:16:45 牛车网

车企在电池包安全技术方面,已经开启全面竞争模式。

当新能源车渗透率以超乎多数人想象的速度飙涨,当电动车自燃案例仍然时有发生,当比亚迪凭借刀片电池实现磷酸铁锂对三元锂的逆袭,越来越多中国车企参与到电动汽车电池安全的研究中,便有了弹匣、琥珀、云母、大禹等五花八门的各种电池技术。

有宁德时代、比亚迪、国轩高科、蜂巢能源这样的动力电池供应商,为何主机厂还要不遗余力进行电池系统的设计研发呢?除了安全要掌握在自己手中之外,还是因为车企要争夺话语权,当你的电动车只卖10万元时,可以把业务全权交给靠谱供应商,但假如当电动车价位区间升至30-50万元时,车型之间是品牌理念、安全理念的竞争,主机厂的品牌重要性就体现出来了。

起名很重要

汽车卖得快,全靠车名带。主机厂深谙名字对一台新车的重要意义,电池命名同样如此。

比亚迪“刀片电池”,以产品的外型设计特征来命名,称得上电池技术命名上的一次创新,结合“佩刀安天下”的宣传,让一款原本只有技术人员才愿关注的电池安全解决方案,迅速被消费者所熟知。

注:刀片电池

广汽集团的弹匣电池,采用同样的命名逻辑,电池模组看上去像一个个弹匣,安置在电池包中,而模组内的电芯,则像弹匣里的子弹一样排列其中。

东风岚图打造的琥珀/云母电池,亦是同样的逻辑,该电池采用一种“三位隔热墙”的电池包安全技术,又因两款电池电芯所采用的隔热材料颜色和形态酷似琥珀和云母,故称之为琥珀/云母电池。

长城汽车的大禹电池,并没有根据电池形态或者隔热材料的形态命名,而是通过一种全新的“变堵为疏”的设计理念,取名为“大禹”。众所周知,大禹之前,治理洪水的解决方案是修建大坝和堤堰,把洪水拦在外面,其弊端是堤坝有被冲破的风险,而大禹治水的核心主张是“变围堵为疏通”,开通更多河道,把洪水全部引入大海。

可以看出,刀片、弹匣、琥珀/云母采用类似的命名逻辑,即通过电池(模组或电芯)设计形态命名,而大禹电池则以其“变堵为疏”的设计理念命名。个人认为,刀片电池在命名上具有开创性意义,而大禹电池在命名上同样具有一定的创新性。

理念的不同

其实,刀片、大禹、弹匣、云母/琥珀,并不是说主机厂要生产电芯,而是要自研一种电池系统安全技术,以诠释它们对自家电动车安全性的理解。当然,兼具动力电池供应商身份的比亚迪比较特殊,它的刀片电池完全自研自产。

但是,从技术角度来看,四家电池系统的安全设计理念并不相同。

比亚迪刀片电池的创新在于通过结构调整,解决了磷酸铁锂电池能量密度低的难题。在成组时,跳过“模组”,提升体积利用率,实现同样空间内安装更多电芯的目标,体积利用率提升50%以上,续航里程已经达到了高能量三元锂电池的同等水平。

解决了能量密度问题,才能够让安全性更高的磷酸铁锂电池大范围推广,为保证其安全性,刀片电池采用「直列式排布结构+高温绝缘陶瓷防护+隔烟通道」设计,在规避正负极短路、短路防护、快速散热等方面发挥优势。

弹匣电池通过层层围堵,避免整个电池包热失控。通过电芯超高耐热稳定性能提升,防止电芯热失控后蔓延,极速降温速冷系统,以及全时管控的电池管理系统,从电芯本征安全提升、到被动安全强化、再到软件主动防控,确保电池系统安全。

注:琥珀电池

琥珀/云母电池设计核心理念在于,把火扑灭在燃烧起之前,电池起火必然由单个电芯引起,所以将“问题电芯”就地隔离,避免热扩散和热失控。采用三维隔热墙技术,在电池包内填充特殊有机硅复合材料,这种材料的特点是结合有机硅聚合物+低密度隔热材料+阻燃剂(1000℃以上),形成高效的隔热阻燃绝缘层,把每个电芯单元像“琥珀”一样包裹其中,而云母电池则是在电池包内加入层状Al-Si云母和气凝胶,且电芯和云母、气凝胶会像云母石一样层叠堆积。就像为每个电芯定制了“安全仓”,假如某个电芯出现“暴躁”情况,也被围堵在自己的“单间”内。

长城汽车的大禹电池技术则采用“变堵为疏”的设计思路,将气流、火流按照设计通道安全疏导出电池包外。

注:大禹电池

大禹电池采用“控+导”相结合的设计思路,重视“控”的同时,也重视“导”。

“控”方面,实现电芯热阻隔、模组级阻隔、绝热材料对比,“导”方面,采用灭火盒阻火设计和PACK定向排爆,通过定向排爆流场、温度场、阻火盒、传导传热四个方面实现排爆、降温、导热等。

在热源控制、隔离、冷却、排出等领域,“大禹电池”融入了8项全新设计理念——“热源隔断、双向换流、热流分配、定向排爆、高温绝缘、自动灭火、正压阻氧、智能冷却”,以充分确保电池系统的安全性。

技术应用方面的不同

刀片电池研发之初就为解决电池能量密度低的难题,必然深度绑定比亚迪擅长的磷酸铁锂电池;琥珀/云母电池设计之初均选用的是三元锂电芯,也就是岚图汽车对外公布的三星 SDI 的 NCA 811三元锂电池。

弹匣电池和大禹电池则同时布局三元锂电池和磷酸铁锂电池,不过,在公开资料中,并没有查到广汽弹匣电池三元锂的正极材料镍钴锰含量的占比,众所周知,镍含量高低决定电池组的能量密度,镍占比越高,动力电池能量密度越大,热稳定性越差,也越容易失控,近几年电池自燃事故频发,且以811动力电池居多的原因。

大禹电池则明确表示可满足未来不同化学体系电芯应用,NCM811三元锂电池系统能量密度最高可突破190Wh/kg,大禹电池技术能够满足未来镍含量提高,正极材料的稳定性下降带来的热失控。

据了解,大禹电池技术数十项专利将对全社会免费开放,以推动新能源汽车的发展,最大范围保障用户安全。

结语:

涉及电池安全,无论多少投入都不过分,电动车带给消费者的购车成本、续航里程、充电时间焦虑正在逐步缓解,不过热失控安全仍然是影响用户购车选择的关键因素,电池安全仍然无法保证绝对“零热失控”。

目前实现大规模量产并接受市场考验的,只有刀片电池,其安全性得到市场认可。弹匣电池和琥珀/云母电池分别应用在广汽Aion V(配置|询价)岚图FREE(配置|询价)纯电/插电车型上,但目前市场保有量都很小。

大禹电池技术的推广落地,会相对慢一点,将于2022年开启对长城汽车旗下新能源系列车型的全面应用,沙龙品牌第一款车型即将首搭大禹电池技术并亮相。

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