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电池安全性最苛刻的测试:针刺试验

三元锂电池液态电解质本身易燃,高温后释放氧气助燃。针刺穿透的瞬间,电池即发生了严重的热失控——爆燃,电池表面温度迅速超过500℃。

王传福在比亚迪刀片电池发布会上说,新能源汽车行业对电池能量密度不切实际的追求,“带偏”了动力电池的发展路线,让新能源乘用车的安全口碑付出了极其惨重的代价。比亚迪的刀片电池,要把“自燃二字从新能源车字典中抹掉”。

仔细想想,这句话很豪横。先是说三元锂电池,不好意思,你方向错了;然后高举高打,表示我的刀片电池绝对安全。字里行间透露着一个意思,比亚迪的刀片电池技术,可以看做未来动力电池行业发展的蓝本。

上面的视频,是比亚迪对三种形态电池做的针刺试验。三元锂电池液态电解质本身易燃,高温后释放氧气助燃。针刺穿透的瞬间,电池即发生了严重的热失控——爆燃,电池表面温度迅速超过500℃。

跟三元锂材料不同,磷酸铁锂的放热反应启动温度高,放热慢、产热少,磷晶体中的P-O键稳固,高温不会释放强氧化性物质助燃。在材料的安全属性上,磷酸铁锂对三元锂材料具有碾压性优势。因此,在传统块状磷酸铁锂电池刺穿后,有烟无明火,表面温度上升到200℃~400℃之间,没有出现爆燃。

刀片电池的安全性,基于块状电池再进一步。刀片电池被刺穿后无明火、无烟,电池表面的温度在30℃~60℃。中科院院士欧阳明高分析指出,刀片电池的设计使它在短路时产热少、散热快。

我查了比亚迪公开的技术资料和刀片电池专利,顺藤摸瓜,找出了刀片电池安全性升级的几点技术支撑。

产热少,一是因为磷酸铁锂材料稳定的化学特性,二是刀片电池在高风险安全位点全面使用高温陶瓷涂层,具有更好的耐高温和绝缘性能。散热快,是刀片电池薄而长的结构形态,增大了表面积,可以及时将内部的热量传导至外部,防止热量在内聚集。

材料+结构优势,让刀片电池在穿刺试验中表现优异。比亚迪这才雄心勃勃的说,要根除新能源汽车的安全性痛点,把“自燃二字从新能源车字典中抹掉”。但问题是,新能源汽车行业明知磷酸铁锂电池的安全优势,为什么三元锂电池还会大行其道?

说白了,在消费者感知层面,自燃概率低,但续航不够是每个人都会碰到的。要改变生态,让业内、普通消费者接受刀片电池,关键要把刀片电池的能量密度,拉升到三元锂电池的水平。

对于磷酸铁锂电池领域,靠化学科学的进步提升能量密度,难度系数非常高。“刀片电池”的选择是,改良内部结构和物理特性,充分挖掘电池包内的空间和利用率,在有限的体积内装入更多的电芯,以此提升电池包容量。

传统电池包分三级构成,很多电芯组成一个模组,几个模组再安装在一个电池包内。而模组,无法直接架构在边梁上,需要电池包内植入横梁、纵梁支撑。

刀片电池的思路,是把电芯做成薄而长的形状(因为薄而长的形状,像刀片一样,这就是刀片电池名称的由来),电芯长度近似电池包的宽度。在装配时,直接略过模组这一项,电芯架在电池包边梁上、密布排列。电芯既是能量体储存电能,又是结构体强化电池包强度(做结构体的原理也不难懂,就像一把筷子很难折断。密布排列的电芯也是走的“群架”路线)。在比亚迪的专利里,刀片电池的电池包没有内部横梁、纵梁的的结构件,甚至电芯跟边梁的连接,用的也是胶合技术。

根据比亚迪的专利,刀片电池电池包,电芯占包内可用容积的比值,在81%~97%之间。我真心觉得,“刀片电池”电池包,已经没有了冗余的零件和多余的空间,所有的容积,都释放给了电芯。

一般消费者对技术本身,不那么在意。我们在意的,是技术应用后的使用效果。比亚迪汉EV是第一款使用刀片电池的电动车,我们暂时也只能在汉EV上对新电池的性能做推测。

根据公开的资料,汉EV电池包的能量密度140Wh/kg,接近三元锂电池水平;容量是77kWh,比Tesla Model 3长续航版电池容量略高。结合汉EV 0.233的低风阻系数,汉EV的前驱长续航车型,NEDC的续航里程605km。三项指标,汉EV都在趋近使用三元锂电池的竞品。用”刀片电池”的汉EV,大概率不会有续航焦虑,小概率的自燃也不会发生,这样就形成了产品力上的闭环。

有一点是大家容易忽略的,磷酸铁锂电池的天然特性,是高倍率充放电。反映在车上,是降低了做好加速和快充性能的技术屏障。双电机版的汉EV,0-100km/h加速时间3.9秒,整备质量两吨出头的中大型轿车,做到了4秒内的零百加速,迫不及待想试试。

充电数据暂时还没有公布,按照刀片电池在高倍率充放电和快速散热上的优势,如果比亚迪有高功率充电技术和充电桩配套,拉升快充节奏也是可以期待的。

聊完了刀片电池的特性,我再结合自己收到的消息,跟大家云评(cai)汉EV的各项表现。

从尺寸上说,汉妥妥是中大型轿车的定位。这个级别过去是中国品牌的禁区,有几家车企冲击过,都算不上成功。究其原因,问题是出在自身技术、品质和可靠性上。往这个级别杀,空间、底盘舒适性、科技感甚至是二手保值率,都要命门。

汉EV轴距超过两米九,这辆车有充裕的后排腿部空间,我丝毫不怀疑。在底盘上铺了电池包后,整车的头部空间是否会受影响呢?我现在得到消息,因为“刀片电池”电池包的厚度比较薄,后排乘客的臀点位置、头部空间,或许是可以对标豪华品牌中大型轿车的水准。

底盘调校取向同样有迹可循的。比亚迪的悬挂调校功力日渐精进,唐已经是很好的例证。汉的底盘如果继承唐的调校风格,舒适度没有问题。解决了空间和调校的基本盘,接下来要锦上添花。

之前公布汉的仪表照片上,有一张展示了辅助驾驶界面。这就勾起了我对汉“自动驾驶”的猜测,针对这一点,目前得到的消息是,汉在用了DiLink3.0技术后,辅助驾驶能力一定会有所突破,我估计做到新系统国标L3级,是大概率事件。

比亚迪既是整车厂、又是电池供应商,全产业链能力,给了他们优秀的成本控制属性。比亚迪的电动车,电池包向来终身质保,这相当于对电池包质量可靠性、包括二手车保值率进行了官方托底。

几个大的方向,不管是有内部消息还是个人云推测,距离真相应该不远。汉EV,离走红能有多远呢?

梳理一下汉EV产品脉络,从底层的安全性、到尾端的电池包质保和残值,比亚迪都给了自家的答案。基于这些信息,大家觉得,汉能不能出圈,国货能不能自强呢?

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