钢钉刺穿也不会燃烧比亚迪刀片电池我还有更
虽然政策和法规对电动汽车都极其友好,但依旧很难普及,电池的安全性和能量密度是阻碍着电动汽车发展的重要因素。不过,比亚迪前两天宣布推出“刀片电池”,从官方的资料上看,这种电池既增加了能量密度,同时还提升了安全性。究竟是不是这么一回事呢,刀片电池电池有如此神奇么?
在进入主题之前,有必要简单科普一下电池的原理。简单来说电池是,利用金属电极、电位差让电子移动,从而产生电流的装置。我们常见且熟知的锂电池,就是利用锂离子来形成电流的。
锂电池的结构有点像我们日常吃的花卷,先把面擀平了,然后在上面撒上葱花,最后把它卷起来。
锂离子电池呢,最下面是一层铜箔,之上是一层石墨,再往上是绝缘层,最上面的是锂离子材料。其中,铜箔和石墨是负极,锂离子材料是正极。然后把这些东西像做花卷一样卷起来就是电池了,当然其中还有很多细节,比如添加电解质、导电剂、粘合剂等等,这里就不细说了。
具体到电动汽车上的锂电池,基本也是一样的结构,只是会以正极不同的材料细分出不同的种类。目前主流的一个是磷酸铁锂电池,另一个是三元锂电池。
两种电池都不完美,都存在一定的缺陷。三元锂电池的优势在于能量密度高,耐低温性能好,但安全性不佳,一旦短路或解构遭到破坏很容易剧烈燃烧或爆炸。去年蔚来和特斯拉的自燃事件,都和三元锂电池这种特性有关。
而磷酸铁锂电池则正好相反,安全性不错,即便解构损坏也能维持一个相对稳定的状态,但能量密度低(相当于三元锂电池60%左右)和低温环境下的性能衰减,也是很难改善的。
那么比亚迪的刀片电池又是怎么回事呢?本质上它还是磷酸铁锂电池,但比亚迪在设计理念、电芯、电池包的制造理念和工艺上做出了创新,通过这种技术手段,使得刀片电池的能量密度能够达到三元锂电池的水准。
如何理解技术手段,就好比一位厨师,虽然它无法改变食材的好坏,但是可以通过高超的烹饪技巧做出一席丰盛的佳肴。同样的道理,磷酸铁锂电池的物理属性是无法改变的,但是工程师可以通过改进设计、优化布局、提升工艺等手段来提升电池组整体的能量密度。
上图是奥迪e-tron的锂电池组,可以比较直观地看到这一整个电池组是由一个一个模组(Module)组成,而模组内才是真正储存能量的电芯。这种布局方式有一个缺点,每一个模组的外壳、支架包括线束等,都会占据部分电池包内的空间,减少了电芯在电池包内的体积占比。
而比亚迪的刀片电池技术,跳过了模组,实现了CelltoPack,也就是电芯直接安装在电池包内,过去被模组外壳等占据的空间,也能被释放出来安装电芯。如此一来,比亚迪能将电芯排布的更加紧密,在同样的体积下可以布置更多的电芯。
如果以上的解释太过晦涩,那么大家可以用生活中的一个小案例来类比一下。一个纸箱可以装10瓶水,但是瓶子和瓶子之间无法做到完全贴合,同时瓶子本身也要占据部分箱内的空间。
如果我们改进方法,让箱子能够直接装水,那么体积相同的情况下,直接装水的箱子势必可以容纳更多的水。比亚迪做的就是让电芯跳过了“瓶子”这一环节,用一句网络流行语来说就是“没有中间商赚差价”。
从图片中可以看到,比亚迪的刀片电池组相比奥迪e-tron要排布的更加紧密。
根据国家知识产权局比亚迪专利显示,“刀片电池”长度最长可以达到mm,是传统普通磷酸铁锂电池的10倍以上。单个电芯更大,也有助于电池的扩容。特斯拉早前将松下的电池升级到电池,最为显著的一个改变便是单个电芯的尺寸增大。
图片中三星的电池升级成为电池,能力容量提升35%。18意为电池直径18mm,65意为电池高度65mm,0意为圆柱电池。数字解释相同。
从比亚迪申请专利的细节上还能看出诸多优点,一个是长方形的电芯外壳本身具有很好的刚性,可以承担一部分原先机械加固结构的功能。再有,更大尺寸的电芯让电池包的生产、装配难度大幅降低,也减少了原本模组部分的零件,与之相应的成本也会显著降低。最后,更加一体化的设计理念也可以很好的提高水冷、加热等元件的集成度。
总之比亚迪的刀片电池组的电芯结构更加简单,固定、防护等相关部件也明显减少,使得制造更容易、成本更低、集成效率更高。
那么该如何看待比亚迪的刀片电池呢?首先这项技术是值得肯定的,同样体积下磷酸铁锂电池所携带的能量已经不输于三元锂电池了,它拓宽了磷酸铁锂电池的使用范围。比如比亚迪最新的“汉EV”,它的综合续航里程已经达到公里,已经能够媲美特斯拉ModelS长续航版了。
刀片电池的可靠性和安全性也是值得称赞的,比亚迪曾做个一个电池可靠性的对比实验,将三元里电池、传统磷酸铁锂电池和刀片电池放在一起进行穿刺,结果显示刀片电池的温度只是略微升高,始终维持在60摄氏度以下,而三元里电池则温度飙升开始燃烧,传统磷酸铁锂电池的表面温度也达到了摄氏度以上。
其次,比亚迪刀片电池的推出对于整个行业也有很大的影响,对厂商来说降低成本绝对是个突破,曾有新闻说有些品牌产品换电池组比换车还贵。当下,新能源市场相对比较低迷,采用“刀片技术”的磷酸铁锂电池,将会成为很多车企在保证产品续航里程,同时降低部分成本的最佳选择。对于消费者而言,未来完全有可能在更低的预算下,买到续航里程更高的磷酸铁锂电动车。
刀片电池在降低成本后所影响不仅仅是纯电动汽车,类似PHEV、HEV这些混合动力车型也可以运用这项技术,这也是我比较