新能源汽車的動力電池毫無疑問是大家最關心的地方之一,電池包的大小決定續航里程,電芯的種類關係到續航紮實度以及安全性,安全性是最重要的。當然關係到動力電池安全的,除了在於電芯,也在於電池包的封裝和BMS電池管理系統。
不過,整體來說新能源汽車上最脆弱的一環,似乎也就是那一大塊位於底盤位置的電池包,夏季高溫冬季低溫、外部的物理破壞、浸水等等都會對電池包造成影響,但新能源汽車的電池包真的有我們想象中那麼“脆弱”嗎?
首先是“硬”,動力電池的電芯是脆弱的,受到物理破壞導致的直接結果就是熱失控,比如針刺試驗,透過物理手段直接破壞電池包造成電芯內部短路,這個時候整個電池的能量都會透過這個短路點在短時間內釋放,導致電芯溫度在短時間內急劇上升,嚴重的導致起火爆炸。
但電芯是脆弱的,並不代表把電芯完全包裹在其中的電池包以及新能源汽車整體車身結構是脆弱的。
電池包外部殼體通常由鋁、鋼或者複合材料構成,蔚來ES6就用了碳纖維增強型復材(CFRP)作為電池外殼,寧德時代Pack殼體曾首次將航空級別的“7系鋁”用至電池包下箱體,這些用來保護電芯的材料硬度遠比我們想象得要大的多。
前幾日,WEY瑪奇朵DHT-PHEV也在中汽中心試驗中,模擬了車輛在發生碰撞、火燒,以及惡劣天氣下遭遇泡水及高低溫衝擊等多重極端使用場景下的安全性,其中在碰撞模擬試驗中,電池包在受到100kN(相當於10噸重量)壓力後,外殼也只有輕微形變,可見內部電芯自然也不用擔心。
除了電池包上下殼體硬度過關,電池包內部往往還有橫向和縱向加強梁保障整體結構硬度,一些新能源汽車往往也會在車身側面的門檻梁、B柱等結構上進行加強設計。
此前中汽研曾針對純電動車進行過公開的國內首次雙側面柱碰測試,其結果也證明了即便是側碰,這種對擁有電池包的新能源汽車非常不友好的碰撞工況,電池包的安全性也是可以保障的。
其次,新能源汽車的電池包除了要夠硬,不容易造成物理破壞,還要能解決高低溫度的問題。
純電動汽車動力電池工作電流大,產熱量就增大,而電池包又是一個相對密閉的環境,這就會造成電池溫度上升,高溫反過來又會進一步加快電芯內部的一些化學反應。
處於夏季高溫環境中時,在外界溫度本身很高的情況下如何給電池包散熱就成為一個挑戰,當溫度過於集聚,過高溫度可能會打破電芯內部的化學平衡造成熱失控,比如有氣體析出產生鼓包,嚴重的甚至發生起火爆炸,所以每到夏季,總能看到純電動車自燃的事件爆出。
除了高溫造成熱失控導致安全風險,考驗動力電池的還有低溫,冬季低溫環境下,鋰電池的化學反應速度放緩,因此放電電流變小電量下降,尤其是磷酸鐵鋰電池,很多車主到了出行半徑甚至要打對摺。不僅效能受影響,而且低溫也造成的負極表面析鋰容易刺穿隔膜造成電芯內短路,同樣也會損壞電池導致安全風險。
如何解決溫度給動力電池包帶來的麻煩?這就是到了考驗BMS電池管理系統的時候了。通常電池包的封裝的過程中已經考慮到溫度問題,比如會有導熱墊、導熱膠的存在,但最主要的還是依賴於車企的電池熱管理。
國標規定,新能源汽車的動力電池單體發生熱失控後,電池系統應在5分鐘內不起火、不爆炸,為車內乘員提供更充足的逃生時間。但一些車企透過技術手段對電芯的監控以及及時排熱,可以做到在電芯熱失控5分鐘內,不會有明火不從電池殼體中冒出,從而進一步提供更充足的避險時間。
前幾日,WEY瑪奇朵DHT-PHEV還曾在中汽中心的試驗中,直接將電池包預熱60秒,再將其放在鐵架上直接用火燒了70秒,最後再間接燃燒60秒,最終在將近3分鐘時間內,整個電池包依舊保持了不起火不爆炸的穩定狀態。
這還只是針對單獨電池包的高溫測試,實際上若是在整車上,由於瑪奇朵DHT-PHEV具有獨立iBMS熱管理系統,可以利用液冷散熱系統主動散熱,電池包在火中堅持的時間可能還會更長一些。
而關於電池包應對低溫環境,各家也都有不同的辦法,比如最早的PTC加熱還有目前主流的熱泵技術,特斯拉、大眾們都在用,蔚來在ET7上甚至用到了“電機加熱電池”技術,是用“電機堵轉”時的電阻產生的熱量來加熱動力電池包,思路相當別緻。
在中汽中心內進行電池包安全試驗的瑪奇朵DHT-PHEV,其實也還進行了一次更厲害的玩法。
不僅只是低溫考驗,而是把電池包在-40℃低溫保持8小時,然後將溫度迅速上升到60 ℃同樣堅持8小時,如此反覆高低溫迴圈幾次,最終電池包不僅沒有發生起火損壞,反而還可以正常工作。
可見透過各種技術手段武裝起來的新能源汽車電池包,其實遠比我們想象中要硬核多了。