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比亚迪刀片电池针刺测试完胜,真就吊打其他电池了?

大家不要因为看了针刺测试就觉得三元锂电池是颗定时炸弹。

文|雅斯顿

如果比亚迪不说,我想大家很久都没有再关注电池安全了。汽车发展的三驾马车——驾驶性能、乘坐体验和安全表现,只有安全表现是日常最难感受到,但真遇到又最刻骨铭心的一个。

所以当比亚迪拿出「针刺测试」的时候,我笑了。这个工科男果然不走寻常路,我敢肯定它的传播回报不会比宣传「比亚迪汉NEDC续航达到605公里」来得实惠,因为这么绕口的专有名词,绝大部分人看过之后就给忘了。

在大家还没完全忘记之前,我想换个角度聊聊这个测试,以及刀片电池能不能撼动现在的纯电动汽车安全格局。

为什么刀片电池针刺测试如此优异?

是的,针刺测试确实难度很高。

GB/T 31485-2015《电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》对「针刺测试」的方法规范如下,测试要求应不爆炸、不起火。后来因为种种原因,作为强制性标准的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》将替代GB/T 31485-2015,同时将针刺试验取消。

有关这项测试的难度,大家可以在下图的「三种动力电池针刺测试对比测试」中看到,三元锂电池爆燃;磷酸铁锂电池无明火,有烟,表面温度400℃;比亚迪刀片电池无明火,无烟,表面温度60℃。

如此看来,比亚迪刀片电池简直就是在爆锤三元锂电池和常规的磷酸铁锂块状电池。但其实按照这个测试标准,磷酸铁锂块状电池也算是符合不爆炸、不起火要求。

刀片电池针刺测试成绩如此优异,重要原因可以归为「直列式排布结构+高温绝缘陶瓷防护+隔烟通道」这三部分。

为什么这么说呢?我们拿这类测试表现最差的圆柱形电池来看,因为它的正负极和隔膜采用了压力较大的缠绕方式,正负极间隙较小,遭遇针刺时,隔膜无法延伸,钢针作为导体接通正负极发生短路。

相比之下,常见的块状电池表现和圆柱电池相当,软包电池会好于这两种。而比亚迪刀片电池虽然也可以被归为块状方形电池,但优势在于「直列式排布结构」下,正负极在两端,能很好地规避这个问题。同时相比于常见的方形铝壳电芯方案,它还有着散热性能更好的优势。

当然,高温绝缘陶瓷防护+隔烟通道这些特殊处理手段,对短路防护同样起到了至关重要的作用。

是不是说没通过针刺测试就不安全了?

不要慌,针刺测试其实主要是用于评估锂离子电池由于锂沉积、制造缺陷或其它原因所引起的内短路,或针状物刺穿锂离子电池的情形。

所以通过得当的制造工艺控制、特殊的布局(现在的电池包多放置于地板处,更多是刮伤而不是刺伤)、再加上电池包壳体和白车身也会起到很大的保护作用,在实际使用中能很大程度规避风险。视频中也提到了这样的观点(见17″~34″):这是极限情况下的测试,我们不要直接联系到现实情况。

其实除了以上提到的之外,像测试温度、注液量、活化时间、电压波动性、电池容量等都会对热失控造成影响,甚至像针刺速度、针尺寸、针刺位置等也都会直接影响测试结果。

比如意大利知名教授Gianfranco Pistoia 就对针刺速度做过一项测试研究,结论是针对容量为 2.2 Ah 的 18650 锂离子电池,随着针刺速率的增加,锂离子电池通过安全性测试的概率有所增加。

又或者Hossein Maleki教授对于针刺位置进行了分析,发现在远离极耳方向,电池边缘中间的位置,引起温升最大,安全性最差。这与电池边缘隔膜的热传导性能差、限制了锂离子电池的热散也有很大关系。

不过在相近的条件下(严格来说,比如它们因为容量不同,针刺位置不同等,还是有差异的),仅针对电池而言,比亚迪的刀片电池确实有突出的安全优势。

除以上这些,我们知道汽车引发自燃,其实还有过充电、过放电、挤压、加热等原因,三元锂电池在这方面确实要比磷酸铁锂电池控制起来麻烦一些。

但我们在往期文章《电动车电池温控方式内有玄机,安全和高效都少不了它》中也聊过了,行业内其实是有一套比较完善的解决办法,虽然不能100%避免自燃问题,但大家不要因为看了针刺测试就觉得三元锂电池是颗定时炸弹。

电池包的安全性可能更重要

以上我们看到的是刀片电池的长处,但我们能就此说实现100%安全了吗?

这里有两个问题,第一:能不能达到100%不起火?第二:会不会降低其他方面的安全性。

针对第一点,电动汽车撞车、过度充电等外因,也容易诱发电池热失控。这一点没有得到更多的信息证明,但我们相信比亚迪的技术储备。

但需要关注的是,刀片电池的长电芯是一个电芯里面套几个卷芯再用隔间隔开的结构,需要控制多个卷芯的一致性,以及多个注液口的注液密封性,对制造水平是很大的挑战。

针对第二点,我们知道「刀片」的长度还可根据电池包尺寸进行定制,最长可做到2米多,因此刀片电池可以直接组成电池,甚至可以直接固定在边梁上。这一点是刀片电池的优势项目,相较传统电池包,刀片电池的空间率达60%以上。空间率越高,体积能量密度就越大,电池的续航能力也越强。

电芯为什么能替代纵梁和横梁?

据何龙在发布会上介绍,刀片电池的电芯既是「能量体」,同时又是结构件,并且还借鉴「蜂窝铝」的结构,在电芯阵列的上下两面粘接上高强度结构板,这样可以让刀片电池包的强度比传统电池包不减反增。

对这个评价,我个人还是存在担心的。

电池包本体测试一般在DV/PV(设计验证/生产验证)阶段进行,关于电池包强度测试,有一个经典项目称为弯曲疲劳测试。

它的测试要求是将电池包装配在模拟电池包框架的工装上,通过液压设备对工装前端以一定加载力进行垂直方向的循环往复加载(约7000N负载循环),循环试验中及试验后检查电池包外观有无异常、变形或损坏,实验过程中保持BMS软件监测电池包运行有无异常。

弯曲疲劳测试的测试状态,它模拟的是发生了高低方向的剪切。

我们知道为刀片电池的组装采用了CTP设计思路,也就是把电芯以阵列方式直接装到电池包壳体内,省略了把电芯组装成模组这一步。但因为没有横向的加强筋(如果是按最大尺寸来做),这种结构对高低方向的剪切能力是很大的挑战。

以奥迪为例,可以看到它的电池包是由网形结构来强化抗剪切能力的,这种结构是现在主流的设计思路。

 

雅斯顿小结

可能今天讨论的内容有可能会伤到部分精神迪粉,但我相信真心希望自主品牌强大起来的朋友,对待自己人会像对待特斯拉一样严苛。如果比亚迪在宣传上能多公布这方面的介绍,相信能更全面的证明刀片电池的安全实力,消费者也更安心。

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