方形電池似乎是非常簡單的了,但也有連接片折斷,碰準后短路的情況發生,如果電連接螺絲松動,或者長時間以后腐蝕了會發生什么情況?當然是出現熱點,甚至引起整個電池包的燃燒!有的廠家用很厚的塑料殼將方塊電池封裝的很厚,這種電池我是不敢用的,你測試過電池內部的溫度梯度分布嗎?剛才我們看到雄韜電源采用了特殊的方法,管式電池,這是非常好的思路,它把整個厚度控制住,內部也不會有太高的溫度梯度。
用18650圓柱電池成組的挑戰,特斯拉是怎么做到的呢?首先為什么選18650?因為它的產量最大,而且松下是全球做18650最成熟的一家。特斯拉后來采取了一些特殊的工藝配方改變原來的18650,提高了容量和安全性。然后特斯拉使用了復雜的液冷技術。最近網上流傳了一篇文章,有一根水冷管圍著電池轉,確實很復雜。
一個是平時保持電池溫度的一致性,另外“即使單一電芯發生熱失控”,這一點特別重要,我個人認為真正可靠的系統允許出錯,允許各種各樣的失效模式,這套系統才是真正安全。特斯拉如果內部單一電芯發生熱失控,熱量額能夠很快被冷卻液吸收,避免周圍單體也發生熱失控的連鎖反應。我們也做過實驗,燃燒之后電池沒有損壞,這樣的系統才是真正具有商用價值的。
在這里面,特斯拉還采用了細細的金屬絲連接18650的正負極,是為了在單一18650內部短路時能夠熔斷,避免周圍并聯的電池對它放電。金屬絲軟連接還有個好處是減少焊點的機械應力,避免長期震動后焊點脫落。最后我們也看到特斯拉的電池包里面用了防火墻分隔開,即使下面被刺穿,電池包有一個分隔,燃燒會變慢,使乘客有足夠的時間逃生。這一點很重要,我們沒有辦法保證電池不燃燒,但是燃燒的話一定給乘客提供足夠的逃生時間。在今年初3月份,特斯拉又出現了一次強烈裝機,發生了燃燒,還沒有定性到底是什么原因。
后來發現18650三元材料有很大好處,把這個作為重要的發展方向,開發了很多技術。特斯拉RoadStar用的是標準電池模塊的串聯,但MoleLS改用了整塊電池包。因為ModeIS是全新設計的量產車,而RoadStar是實驗車,作為量產車要采取整體設計的方案,可以最大限度地改善能量密度、經濟性,并且大大提高整車的剛性,改善操控體驗。
國內很少全新設計的電動車,多數也沒有大批量生產的奢望,所以只能使用通用的模塊。這是我們2012年設計的一個模塊,五個模塊串聯起來,采用了比較特別的技術。每個模塊和另外一個模塊之間緊密結合,連接面特別大,而且電流是直接過來,不是其中一個點過去。以后有機會的話歡迎大家到欣旺達參觀指導,我們會詳細把這些跟大家分享。
18650標準電池模塊如何保證安全性、一致性、可靠性、穩定性?實際上18650標準電池模塊是最成熟的一款產品,內部有任何原因導致熱失控,首先會導致隔膜閉孔,阻斷電流。如果隔膜已經短路、內部溫度繼續升高使電解液分解,內壓必然升高,使得CID動作,從正極切斷總電流并將內壓釋放,氣體噴出單體。只要出現熱失控的單體泄壓閥能正常動作,就不可能發生單體爆炸。日韓生產的18650失效概率大約在PPM數量級,泄壓閥失效的概率也很低,組合在一起的機會就更小了。
任何鋰離子電池都有燃燒的機會,但是因為尺寸小,如果配合適當的蛤蜊措施,單一18650燃燒是可以避免傳遞到周圍單體的。任何單體生產設備都會有波動,導致產品性能指標隨之發生波動。不管是大單體,還是小單體,都會造成初始一致性偏差。可靠性來源于原材料的質量、設計的合理性以及對加工過程的控制。特別強調的是模塊內電流的均勻性和溫度的一致性,對整體模塊有很大影響。
動力電池的制造,拋棄北歐模式,轉為亞洲模式。這句話看起來有點夸張,但是么聚集了大量實力派汽車企業,他們對汽車的理解全球領先。那能不能把復雜的汽車工藝搬到流水線上,用亞洲積累的電子產品優勢,一直做到模塊、模組,在現場組裝起來,就會非常簡單,提高工程效率。
軟包電池也有很多問題,實際做的時候都要考慮。說到焊接,最典型的電子行業都用的錫焊,錫焊時必須通過熱傳導,有可能把高溫傳遞電池內部,所以不建議錫焊。電阻焊就是通常所說的“碰焊”,超聲焊也是比較新的材料,據說可以將100層的銅箔或鋁箔焊接成一片厚材。激光焊有兩種不同的焊接模式,焊接效果是不一樣的。說到BMS,多數BMS是巡檢的,在動態變化情況下,測出來的電壓往往是不同時間不同電流下,差距非常大。熱管理,管還是不管,拿什么去管?很多企業認為功率不大,不用管。但是真正做了實驗才知道,特別是連續用的出租車,要特別小心。高壓部件,不可忽視的安全隱患,也是新能源汽車安全事故主要來源。
新能源汽車動力電池系統成組是一個系統工程,我們需要把電池連接起來,需要把電池固定應對各種情況,要應對不同的環境、不同的氣候溫度和載重、路面坡度,要準確檢測每一串電池的電壓和箱內溫度,要準確測量總電壓、總電流。
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