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最新文章2024-01-05

新能源汽车“脆弱”的电池包或许比我们想象得要硬核


AutoLab

记者 | 张祥龙

编辑 | 白杨

投稿邮箱：editor@autolab.cn


新能源汽车的动力电池毫无疑问是大家最关心的地方之一，电池包的大小决定续航里程，电芯的种类关系到续航扎实度以及安全性，安全性是最重要的。当然关系到动力电池安全的，除了在于电芯，也在于电池包的封装和BMS电池管理系统。


不过，整体来说新能源汽车上最脆弱的一环，似乎也就是那一大块位于底盘位置的电池包，夏季高温冬季低温、外部的物理破坏、浸水等等都会对电池包造成影响，但新能源汽车的电池包真的有我们想象中那么“脆弱”吗？





首先是“硬”，动力电池的电芯是脆弱的，受到物理破坏导致的直接结果就是热失控，比如针刺试验，通过物理手段直接破坏电池包造成电芯内部短路，这个时候整个电池的能量都会通过这个短路点在短时间内释放，导致电芯温度在短时间内急剧上升，严重的导致起火爆炸。


但电芯是脆弱的，并不代表把电芯完全包裹在其中的电池包以及新能源汽车整体车身结构是脆弱的。


电池包外部壳体通常由铝、钢或者复合材料构成，蔚来ES6就用了碳纤维增强型复材(CFRP)作为电池外壳，宁德时代Pack壳体曾首次将航空级别的“7系铝”用至电池包下箱体，这些用来保护电芯的材料硬度远比我们想象得要大的多。


前几日，WEY玛奇朵DHT-PHEV也在中汽中心试验中，模拟了车辆在发生碰撞、火烧，以及恶劣天气下遭遇泡水及高低温冲击等多重极端使用场景下的安全性，其中在碰撞模拟试验中，电池包在受到100kN（相当于10吨重量）压力后，外壳也只有轻微形变，可见内部电芯自然也不用担心。



除了电池包上下壳体硬度过关，电池包内部往往还有横向和纵向加强梁保障整体结构硬度，一些新能源汽车往往也会在车身侧面的门槛梁、B柱等结构上进行加强设计。


此前中汽研曾针对纯电动车进行过公开的国内首次双侧面柱碰测试，其结果也证明了即便是侧碰，这种对拥有电池包的新能源汽车非常不友好的碰撞工况，电池包的安全性也是可以保障的。


其次，新能源汽车的电池包除了要够硬，不容易造成物理破坏，还要能解决高低温度的问题。


纯电动汽车动力电池工作电流大，产热量就增大，而电池包又是一个相对密闭的环境，这就会造成电池温度上升，高温反过来又会进一步加快电芯内部的一些化学反应。



处于夏季高温环境中时，在外界温度本身很高的情况下如何给电池包散热就成为一个挑战，当温度过于集聚，过高温度可能会打破电芯内部的化学平衡造成热失控，比如有气体析出产生鼓包，严重的甚至发生起火爆炸，所以每到夏季，总能看到纯电动车自燃的事件爆出。


除了高温造成热失控导致安全风险，考验动力电池的还有低温，冬季低温环境下，锂电池的化学反应速度放缓，因此放电电流变小电量下降，尤其是磷酸铁锂电池，很多车主到了出行半径甚至要打对折。不仅性能受影响，而且低温也造成的负极表面析锂容易刺穿隔膜造成电芯内短路，同样也会损坏电池导致安全风险。


如何解决温度给动力电池包带来的麻烦？这就是到了考验BMS电池管理系统的时候了。通常电池包的封装的过程中已经考虑到温度问题，比如会有导热垫、导热胶的存在，但最主要的还是依赖于车企的电池热管理。


国标规定，新能源汽车的动力电池单体发生热失控后,电池系统应在5分钟内不起火、不爆炸,为车内乘员提供更充足的逃生时间。但一些车企通过技术手段对电芯的监控以及及时排热，可以做到在电芯热失控5分钟内，不会有明火不从电池壳体中冒出，从而进一步提供更充足的避险时间。



前几日，WEY玛奇朵DHT-PHEV还曾在中汽中心的试验中，直接将电池包预热60秒，再将其放在铁架上直接用火烧了70秒，最后再间接燃烧60秒，最终在将近3分钟时间内，整个电池包依旧保持了不起火不爆炸的稳定状态。


这还只是针对单独电池包的高温测试，实际上若是在整车上，由于玛奇朵DHT-PHEV具有独立iBMS热管理系统，可以利用液冷散热系统主动散热，电池包在火中坚持的时间可能还会更长一些。


而关于电池包应对低温环境，各家也都有不同的办法，比如最早的PTC加热还有目前主流的热泵技术，特斯拉、大众们都在用，蔚来在ET7上甚至用到了“电机加热电池”技术，是用“电机堵转”时的电阻产生的热量来加热动力电池包，思路相当别致。


在中汽中心内进行电池包安全试验的玛奇朵DHT-PHEV，其实也还进行了一次更厉害的玩法。



△玛奇朵DHT-PHEV的电池包在试验室内进行高低温循环
不仅只是低温考验，而是把电池包在-40℃低温保持8小时，然后将温度迅速上升到60 ℃同样坚持8小时，如此反复高低温循环几次，最终电池包不仅没有发生起火损坏，反而还可以正常工作。


可见通过各种技术手段武装起来的新能源汽车电池包，其实远比我们想象中要硬核多了。






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