3月10日,廣汽埃安釋出了新一代動力電池安全技術,彈匣電池系統安全技術(簡稱:彈匣電池),並對搭載了彈匣電池系統安全技術的三元鋰電池整包進行了針刺熱擴散試驗,試驗結果顯示,廣汽埃安的三元鋰(彈匣電池)整包在試驗過程中熱事故訊號發出5分鐘後,僅出現短暫冒煙,無起火和爆炸現象。靜置48小時後,電壓降至0V,溫度恢復至室溫。針刺後只有被刺電芯模組熱失控,沒有蔓延到其他電芯。開啟電池整包,觀察內部結構完好。這是行業首次透過三元鋰電池整包針刺不起火試驗,三元鋰電池安全性取得了歷史性的突破。根據廣汽埃安官方給出的4大核心技術點(超高耐熱穩定的電芯、超強隔熱的電池安全艙、極速降溫的速冷系統、全時管控的第五代電池管理系統)看,彈匣電池是一種圍繞電芯(硬體)、電池殼體(硬體)以及熱管理控制策略(軟體)展開綜合車載應用解決方案。
1、AION Y搭載彈匣電池系統安全技術解決方案之電芯技術的提升:
在官方釋出關於彈匣電池系統安全技術電芯方面的技術中提到“電芯電極採用的新材料能有效提升熱穩定性防止熱失控”、“電解液配置的新增劑可以自我修復功能延長電芯壽命和降低短路風險”、“安全為主的電解液在加熱至120℃以上時透過化學反應降低熱失控風險”。
顯然,這種彈匣電池內部的電芯有別於目前常見的5系、6系和8系三元鋰電芯(池)以及磷酸鐵鋰電芯(池)。由於廣汽埃安官方沒有對這種電芯做出準確的技術規格描述,經過多方比對,採用鎳(Ni)55高壓單晶正極材料電芯(芯)的可能性較大。
當然,無論鎳(Ni)55電芯,亦或是其他未知型別電芯,作為終端使用方的廣汽埃安向代工方釋出的詳細的技術規格,以便應用在AION 系列多款車型。也正是基於這種以安全性為導向、密度性電芯應用,才使得彈匣電池可以在穿刺後升溫至686.7攝氏度,發煙並匯出後而不起火爆炸的硬實力。
之所以不再選擇8系電池而使用5系電池,還是出於能量密度與安全性具備更好的均衡性。當然,廣汽埃安彈匣電池配置的歸屬5系電池範疇的鎳(NI)55電芯,引入電芯奈米包覆技術和自修復SE膜、更安全的電解液等創新應用。
2、AION Y搭載彈匣電池解決方案之電池殼體結構層面的最佳化:
目前在中國市場銷售的不同品牌EV\PHEV\EREV\HEV車型中,搭載的不同型別動力電池殼體內部的散熱和洩壓技術架構完全不同。
以豐田(凌志)製造的HEV和EV車型為代表,多采用主動風冷散熱或主動空冷散熱技術。在豐田凌志UT300電動汽車搭載的動力電池內部,設定了1組風扇和2組風道(黃色箭頭所指)用於將來自空調的冷空氣吹送至模組用於散熱。而這種不能承受任何壓力的路徑只能用於高溫散熱,而不能用於洩壓。
在其他品牌推出的電動汽車的動力電池殼體內部,更多的採用承載液的管路+水冷板的散熱模式,但是沒有配置額外的洩壓管路(僅在電池殼體前後端開啟洩壓閥)。
廣汽埃安彈匣電池殼體結構的最佳化,也是物理層面的安全設定。當電芯因外力受損產生的熱量被隔絕在電池殼體內,電芯頂部鋪設一層BDH耐高溫襯墊,以便隔絕1400攝氏度高溫不會“燒”穿電池殼體;用於高溫散熱的冷卻管路+全貼合的液冷整合系統(水冷板),在周邊導熱槽配合下進行主動冷卻(由熱管理控制系統介入),同時持續釋放的熱量所轉化的能量透過預設的洩壓管路快速排出釋放至電池外部洩壓。
單從硬體層面看,廣汽埃安彈匣電池在殼體結構上較其他品牌電池多了多了一道“防火牆”。
3、AION Y搭載彈匣電池解決方案之主動熱管理控制策略的高效率:
以2021年中國市場在售的主流新能源整車技術狀態看,幾乎沒有再使用被動風冷散熱的動力電池熱管理控制策略的車型。然而在都採用基於冷卻液進行“冷量”和“熱量”交轉,用於動力電池高溫散熱和低溫預熱的電動汽車,也存在著對溫度閾值設定的巨大差異。換句話說,在大功率直流快充模式,動力電池大倍率充電帶來的電芯升溫至36攝氏度、37攝氏度、甚至似乎38攝氏度,都會對整車安全存在不同的影響。
廣汽埃安彈匣電池熱管理控制策略的最佳化,也是軟體層面的安全設定。無論車輛上電或車輛下電狀態,BMS都會全天候24小時對電芯的溫度進行檢測(上傳後臺留存)時。一旦發生電芯溫度升溫過程異常,電芯溫度升至預設閾值,都會啟用熱管理控制系統的高溫散熱功能,源自電動空調壓縮輸出的冷量經過水冷板控制模組將冷卻液製冷,主動進行全負載冷卻,已達到抑制熱量轉化成能量的安全設定。
BMS全天候24小時對電芯溫度檢測並對電池進行主動高溫散熱的熱管理控制策略,不是一種全新的技術體系。廣汽埃安第5代電池管理是能夠第一時間響應到熱失控。在全時巡邏模式,無論整車上電或下電狀態,第5代電池管理系統都會監測電芯的溫度變化。如果電芯溫度變化突破預設閾值、或升溫速度異常,就會引入電動空調輸出的“冷量”,透過冷卻液進行主動高溫散熱伺服。其他品牌電動汽車的熱管理控制策略,只能在整車上電時對動力電池進行監控,並作出相應的冷卻措施,但是在下電狀態就不能聯動。
廣汽埃安彈匣電池系統本身採用的更安全的電芯、更合理的電池殼體,使得BMS在監控電芯溫度波動的“容忍”範圍更大。換句話說,相對其他適配三元鋰電池車型BMS系統只能在車輛啟動時使用,搭載廣汽埃安彈匣電池的車型全天候在BMS系統監控下,也不會過多佔用(動力電池裝載)電量,而影響續航里程。
起碼可以認為,廣汽埃安彈匣電池適配的第5代電池管理的控制策略,經過長時間測試與驗證與而來,兼顧了安全性和續航里程。
4、彈匣電池系統安全技術解決方案的二次開發與改性車輛的應用場景:
目前3款廣汽埃安AION Y電動汽車完成了工信部備案,其中兩款車型適配的三元鋰電池能量密度同為為162Wh/kg(NEDC續航里程503公里和460公里),另一款適配的三元鋰電池能量密度為184Wh/kg(NEDC續航里程600公里)。
這唯一一款驅動電機最大輸出功率設定在135千瓦(其他兩款車型為100千瓦),適配能力量密度184Wh/kg、裝載電量76.8度電三元鋰電池系統,NEDX續航里程600公里的AION Y電動汽車,無疑是廣汽埃安品牌首款應用彈匣電池解決方案的車型。
適配能力量密度184Wh/kg、裝載電量76.8度電彈匣電池解決方案的AION Y,將會有更“充沛”的電量用於在下電狀態為第5代電池管理系統伺服,且不會讓車主感覺到續航里程“明顯”的變化。
彈匣電池作為一種整合電芯、殼體與熱管理控制策略的綜合解決方案,與一款正向開發的車型結合將會是在諸多方面表現很完美。然而彈匣電池可以用於在售車型改款的整合,並配合整車電控系統進行的升級和適配。基本上可以確認的是,彈匣電池解決方案將用於全新的AION Y和AION LX等車型的二次升級。
而應用AION Y的初代彈匣電池還留存一些保守的設定,諸如BDH材質的厚度、水冷板的面積以及導熱槽的內建)。隨著不同車型的批次應用,改進的彈匣電池或可以針對不同配比的三元鋰電芯以及磷酸鐵鋰電芯開發不同的熱管理控制策略,甚至在不用想電池總成密封前提下將導熱槽與車身焊接結合,節省出的空間提升體積密度,間接的增加可用續航里程。
筆者有話說:
廣汽埃安選擇的疑似鎳(Ni)55將是未來與磷酸鐵鋰電池一樣,具備相當安全性的三元鋰電芯。當彈匣電池系統安全技術在電芯一級具備足夠的基礎安全性同時,加強了隔熱、導熱、洩壓等物理手段,並引入更主動的熱管理(高溫散熱)控制策略。只要不出現生產端的問題,後續上市的AION Y電動汽車的將會在安全性、製造成本、續航里程和充電效率等方面的均衡性更佔優。
需要注意的是,廣汽埃安絕對會在現有的彈匣電池解決方案的硬體部分和軟體部分,與不同新老車型向修改並結合。當廣汽埃安現有的產品線逐步升級到一個更好的狀態,也是彈匣電池解決方案全面提升的時期,與之配合的車型綜合性能值得期待。