作為純電動汽車最核心的零部件之一,動力電池對車輛的續航里程、整備質量、動力表現、操控性能等息息相關。在純電動汽車的制造成本方面,電池的占比也最高,普遍在30%以上,這導致了電動汽車較高的售價以及后期維護成本。因此,降低電池的單位成本,以及增加電池的能量密度,一直是電動汽車技術發展的主要方向。
對原本就是以電池起家的比亞迪來說,高性能電池是比亞迪的殺手锏之一。尤其是在換裝了能量密度更高、放電電壓更高、低溫性能更好的三元鋰電池后,比亞迪EV車型系列的核心競爭力更是得到大幅提高。
本期內容,我們將對比亞迪秦Pro EV500車型的電池包進行全面拆解,并解析比亞迪所掌握的電池包安全設計、熱管理設計等創新及管理技術。
方形鋁殼集成工藝
在揭開電池包的超薄非金屬上蓋,以及二氧化硅氣凝膠防火隔熱層之后,我們可以清楚地看到電池包整體的布置結構,其中最直觀可見的便是電池包的集成工藝。集成工藝在動力電池的研發中非常重要,必須滿足機械防護、熱安全防護、熱管理、環境防護等全方面安全要求的前提下,追求輕量化及優化成本
與特斯拉所采用的圓柱型電芯方式不同,比亞迪采用了國內普及率更高的方形鋁殼,具有能量密度高,集成難度低的優勢。另外,方形的封裝工藝,也有助于縮小電芯間的縫隙,讓整體尺寸更加緊湊,而圓柱電芯必然要在電芯間留出三角形的空隙,降低了空間利用率。
鎂鋁合金材質打造的電芯殼體,與圓柱型電池所采用的不銹鋼殼體相比,更輕成本更低,有利于提高電芯的能量密度,而且制造成本也更低。而且方殼的結構可以容納更多電解液、電芯極片膨脹應力更低,電池壽命比圓柱形長2倍以上
電池模組
秦Pro EV500采用了比亞迪自主研發的鎳鈷錳三元電池,也就是在鈷酸鋰基礎上,經過改進,以鎳鈷錳作為電池正極材料,并合理配比鎳鈷錳的比例。在優化成本、保證安全的同時,使得電池具有容量高、熱穩定性能好、充放電壓寬等優良的電化學性能。
并且有效提高電池能量密度,達到160.9Wh/kg,結合56.4kWh的容量。實現NEDC續航里程420km,60km/h等速續航里程500km,從而有效緩解用戶在續航里程方面的憂慮。并且得益于電池組的高能量密度,有效降低汽車的電池裝載量,從而減輕汽車的自重。
電池模組的成組方式充分考慮到了散熱和輕量化的需求,采用兩側鋁制短板加彈性鋼帶捆扎的方式,自適應電池在充放電過程中的膨脹。同時多種規格的模組可以實現靈活的布局,適應不同車型的需要。在車體中部盡量扁平,單層布局,增加車內高度空間。
在細節設計上,主回路連接和它信號采集的部分使用了鋁巴,在同樣導電能力的情況下,重量相比使用銅材質可以降低一半以上,而且成本也能得到控制。
不過我們發現在引出極上采用了銅排而非鋁排,這是因為鋁排的硬度較低,在高溫、高應力的情況下,鋁會發生塌縮,并且塌縮之后不易回彈,一熱一冷就會導致縫隙加大,接觸電阻上升,帶來安全隱患。
而在銅鋁不同材質的連接上,比亞迪采用了一種叫做電磁脈沖焊的技術。相對于現在常用的銅鋁直接碾壓連接或超聲波焊接技術,電磁脈沖焊的工藝難度比較大,雖然成本也會相應提高,但效果是最好的,是目前比較先進的技術。
在每一個電池極柱和極柱之間,也用激光把鋁制匯流排和極柱熔焊在一起,保證可靠性。并且在匯流排上設計有一個凹陷,用來吸收機械振動以及電擊膨脹帶來的應力。而如果是直鋁巴,隨著電池的老化膨脹,相鄰電池的極柱間距會增大,拉伸應力會影響焊點的可靠性。
在信號連接的部分,比亞迪采用了柔性電路板,相對于傳統采樣線束的方案,集成度更高,也更輕薄。如果仔細觀察,會發現柔性電路板上有細絲狀的布線,我們稱之為采樣線熔斷線。它的作用是在碰撞時,可能會擠壓采樣線束造成短路,進而引起采樣線起火,這些細絲便會在短路時由于過流而發生熔斷,從而切斷短路回路,確保整個線束的安全和電池模塊的安全。