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提升续航/彻底告别自燃风险? 比亚迪“刀片电池”将解决电动车痛点?

提升续航/彻底告别自燃风险? 比亚迪“刀片电池”将解决电动车痛点?
2020-03-29 23:19:39 新浪汽车原创

比亚迪发布磷酸铁锂“刀片电池”,相比市面上被广泛应用的“三元锂电池”在安全性以及空间利用率上有了大幅提升。已于重庆弗迪电池工厂下线。比亚迪汉纯电动版将会是首款搭载刀片电池的车型,将会在今年6月份上市。

提升续航/彻底告别自燃风险? 比亚迪“刀片电池”将解决电动车痛点?

  新浪汽车讯 日前,比亚迪官方正式发布了磷酸铁锂“刀片电池”,相比市面上被广泛应用的“三元锂电池”在安全性以及空间利用率上有了大幅提升。目前,刀片电池已于重庆弗迪电池工厂下线。而全新中大型轿车——比亚迪汉纯电动版将会是首款搭载刀片电池的车型,新车将会在今年6月份正式上市

常见电池种类

  在动力电池当中,最常见的电池种类就是“磷酸铁锂”“三元锂”两种电池了。在纯电动车发展初期,常见的电池就是采用“磷酸铁锂”电池,但随着市场的发展,很快被“三元锂电池”取代。究其原理就在于传统的“磷酸铁锂”电池的能量密度、抗低温性以及充电性能相比“三元锂电池”要差。所以我们可以看到在纯电动发展初期,大多数车型的续航里程普遍在200km左右。另外,由于抗低温性能以及充电性能也要更差, 所以在冬季严寒天气时,续航会衰减50%以上,而且电池活性下降,充电速度也是非常捉急的。无论续航能力还是补能的便利性,完全达不到市场需求,再加上初期纯电动车型高昂的售价,相比传统燃油车型来看,差距是显而易见的。

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  所以,传统“磷酸铁锂”电池很快被市场抛弃,转而奔向了“三元锂电池”,它凭借着能量密度高、抗低温性能强等特点受到了众多车企的厚爱。所以,目前市面上常见的纯电动车型大多采用了“三元锂电池”作为动力电池。并且随着近几年的快速发展,搭载“三元锂电池”纯电动车型的续航能力有着长足进步。目前,售价在20万元以内的纯电动紧凑型轿车的NEDC续航水平已经普遍超过了450km,更有甚者已经超过了500km;SUV车型也有达到650km的车型。另外,市场上还将推出达到706km的车型,实际的续航水平已经和燃油车型十分接近。并且较好的充电性能,也能让它承受更高的充电电压。

鱼和熊掌不可兼得

  从续航能力上来看,“三元锂电池”的优点还是十分明显的。不过,以目前的形式来看,电动车最大的弊端已经不是续航能力了。真正需要在意的是电池安全性。“三元锂电池”的新能固然好,但是“三元锂电池”当中镍钴铝和镍钴锰两种材料中的“钴元素”属于贵金属。数据显示,国内钴金属参考价为27.75万元/吨。而磷酸铁锂电池目前的成本是0.58-0.6元/wh,三元锂电池的成本则为0.85-1元/wh。

  随着电动车市场的发展, 这种贵金属的成本也随之水涨船高。这也就是为什么第一批纯电动车型电池衰减严重,但是换电池成本要高于新车的原因了。而且随着新能源补贴的退坡,这种高成本的电池对于厂商和消费者来说,都面临更强的压力。

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  另外,最主要的原因还是电池的安全性,由于“三元锂电池”的特性,单体电池的热承受温度较低,在200度左右就达到了超过了承受范围,而且随着能量密度的增加,这热失控就安全系数就越低。随着“三元锂电池”能量密度提升,带来的安全隐患也更加突显。其实,我们经常能看到纯电动车自燃的消息,无论是传统厂商还是造车新势力,它们旗下的纯电动车型都被爆出过自燃的事故。

  从最受关注的上海某小区地库“特斯拉 MODEL S”爆燃的事故可以看出,虽然电动车在组成完整结构的电池包,电池的安全性有了大幅提升,并且都有着较为完善的电池过热保护。而且根据电动车安全新国标,要求电池包或电池单体发生热失控引起热扩散,导致乘员舱发生危险之前5分钟,为乘员提供一个预先警告信号,提醒车内成员逃离。但是从特斯拉的案例来看,从车辆冒出白烟到发生爆燃,整个过程仅有不到两秒的时间。而电池中既有还原剂,又有氧化剂,这俩碰到一起会发生强烈的化学反应,爆燃只是一瞬间,留给车内成员的逃生时间还是非常有限的。

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  根据资料显示,目前统计的自燃纯电动车型当中,有超过85%的纯电动车搭载的是三元锂电池,而搭载传统的磷酸铁锂电池车型仅占7%。所以总的来看,“三元锂电池”已经成为电动车自燃事故的风险大户,严重限制人们对于纯电动车型的接受速度。

比亚迪“刀片电池”利刃出鞘
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  在3月29日的直播发布会上,比亚迪集团董事长兼总裁王传福亲自坐镇,发布了全新磷酸铁锂“刀片电池”。同时“王传福”表示:通过比亚迪强大的创新能力以及深厚的技术积累,“刀片电池”拥有其他动力电池无法企及的安全性,并且兼具长寿命和长续航,它的诞生重新定义新能源汽车的安全标准, 将引领了全球动力电池安全新高度,彻底将“自燃”从新能源汽车的字典里彻底抹掉。

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  图为比亚迪刀片电池单体

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  图为传统电池排布

  顾名思义,刀片电池的造型采用长条形样式,相比传统的“磷酸铁锂”和“三元锂电池”,造型更扁平,犹如刀片一样轻薄。

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  电池结构的改变带来的最大的好处就是提升空间利用率,我们都知道,电动车的动力电池基本都是安放在车辆底盘上,在这个有限的空间内,电池的排布就显得至关重要。传统的三元锂电池的电池包需要多个单体电池连接,抛去连接线,单体电池相比电池模组的占比为80%;为了提升电池包的结构强度,还需要在电池模组之间配备5-6根横梁来组成完整的电池包。这样,电池模组相比电池包的占有率仅为50%,算下来,电池相比电池包的占有率仅占40%左右,也就是说,电池包的大部分空间都被连接装置以及结构装置占据,空间并没有完全利用。

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  而比亚迪“刀片电池”通过改变电池结构,达到了“既是能量体又是结构件”的双重目的,电芯阵列排列在电池包内,不需要电芯构成模组再固定到电池包,省掉了传统电池包纵梁横梁等的空间,不仅结构强度不降反生,而且更紧密的排布,让电池包的能量密度也更高了。官方介绍,电池的空间利用率达到了60%以上。这样一来,磷酸铁锂电池续航的劣势就得到了很好的解决。

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  除此之外,在最重要的电池安全性能上,采用全新结构的“刀片电池”也要强于传统的“三元锂电池”和“磷酸铁锂”电池。不久前,比亚迪就针对几种电池进行了“针刺穿透测试”。而“针刺穿透测试”是行业内公认的对电池电芯安全性最为严苛的检测手段。这一测试要求用钢针将动力电池电芯刺穿,造成电芯内部的大面积短路来考验电池的安全性。

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  在实验过程中,“三元锂电池”在针刺瞬间出现剧烈的温度变化,表面温度迅速超过500℃,并发生极端的热失控——剧烈燃烧现象,电池表面的鸡蛋被炸飞;传统块状“磷酸铁锂”电池在被穿刺后无明火,有烟,表面温度达到了200℃-400℃,电池表面的鸡蛋被高温烤焦;比亚迪“刀片电池”在穿透后无明火,无烟,电池表面的温度仅有30-60℃左右,电池表面的鸡蛋无变化,仍处于可流动的液体状态。可能有人会问,鸡蛋的凝固点是60度,但是比亚迪的刀片电池刺穿后,电池表面温度也到了60度,但是鸡蛋表面为什么没有变化呢?对此,中国科学院院士欧阳明高分析,刀片电池由于结构原因,回路长,引起的短路升温速率低;另外长条形的电池让电池散热更快。从实验结果来看,相比其它两种电池来说,刀片电池在安全性能上会更胜一筹。

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  在发布会上,比亚迪集团副总裁兼弗迪电池董事长何龙表示:“几乎你能想到的所有汽车品牌,都在和我们探讨基于刀片电池技术的合作方案,相信大家很快就能看到、听到刀片电池更多精彩的消息。”也就是说,比亚迪的“刀片电池”并不是做封闭生态,未来将会有更多的可能性。

  另外,根据我们猜测,目前比亚迪已经与戴姆勒和丰田分别成立了纯电动车品牌,那么在将来的腾势品牌车型以及丰田纯电动车型上,也非常可能搭载“刀片电池”。

小结

  比亚迪于1995年以电池起家,在电池领域有着非常高的地位。目前,比亚迪已经具有100%的自主设计以及研发生产能力,已经是成为全球产能最大的磷酸铁锂电池厂家。据比亚迪官方统计,比亚迪的电池在全球累计交付超75万台新能源汽车以及超过1GWh的储能电池,在动力电池领域做到了零安全事故。

  另外,王传福表示:“刀片电池”只在比亚迪即将推出的车型——汉纯电车型上应用,其他车型暂无规划。而“汉”作为旗舰车型,对于刀片电池来说,有着至关重要的意义,也就是说,刀片电池并不是廉价车的专属配置。

提升续航/彻底告别自燃风险? 比亚迪“刀片电池”将解决电动车痛点?

  据悉,比亚迪汉纯电动版的综合工况下的续航里程达到605公里,百公里加速3.9秒,在整车设计特别是内饰部分演绎出全新的家族设计语言,描绘了比亚迪品牌朝向豪华与科技不懈创新的未来。

磷酸铁锂电池前景可观

  其实,不光比亚迪看中了“磷酸铁锂”电池的前景,我们熟知的“宁德时代”在2019年的法兰克福车展上也发布了基于“磷酸铁锂”电池的“CTP”技术(CTP:Cell to Pack,电芯直接整合进电池包)。这种技术能够提升磷酸铁锂电池能量密度、增加电池寿命、提升安全性、提升空间利用率以及降低成本等好处。

提升续航/彻底告别自燃风险? 比亚迪“刀片电池”将解决电动车痛点?

  据外媒报道,特斯拉正与宁德时代就电池问题进行深入探讨,计划在中国使用无钴电池技术。如果达成合作,那么将来国产的MODEL 3以及MODEL Y都将会搭载宁德时代CTP技术的磷酸铁锂电池。那么也就是意味着国产特斯拉车型的售价将会进一步降低。

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  以现款国产特斯拉MODEL 3为例,经过开始使用国产供应商的零件后,MODEL 3的售价已经低于30万元。如果使用成本更低的CTP技术磷酸铁锂电池的话,那么猜测它的价格将会降低至25万元以内,可以说已经触动到了国内新势力品牌甚至传统车企的蛋糕。但是埃隆马斯克表示,特斯拉并不会抛弃三元锂电池。我们猜测,后特斯拉的产品规划,入门车型以磷酸铁锂电池为主,高端车型还是以钴酸锂电池为主,采用双电池战略以获取更多的市场。

总结

  从比亚迪发布的刀片电池可以看出,磷酸铁锂电池还是拥有非常可观的前景的。刀片电池的出现能让电动车在不损失续航以及充电便利性的同时,还能再安全性能上得到大幅提升。另外,开放共享的理念也能让更多的车企、更多的消费者享受到刀片电池来带了使用体验。

(责编:王佳旭)
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