在電池安全上，有想法的車(chē)企都會(huì)拿出自己的一套方案。
8月10日，來(lái)自上汽創(chuàng)新研發(fā)總院捷能公司的電池技術(shù)專家們進(jìn)行了一場(chǎng)電池解析直播課，深度解讀“魔方電池”的奧秘。
《電動(dòng)汽車(chē)觀察家》將這款電池包的特點(diǎn)簡(jiǎn)單總結(jié)為，躺著放、側(cè)著噴以及柔性大三個(gè)特點(diǎn)。當(dāng)然這三大特點(diǎn)中的內(nèi)涵還是頗為豐富的，主要針對(duì)的就是安全、高效和長(zhǎng)壽命三個(gè)方向。
當(dāng)然魔方電池也能滿足超快充需求，30-80%續(xù)航僅需30分鐘充電時(shí)間，5-80%續(xù)航僅需40分鐘充電時(shí)間。
完全不同于傳統(tǒng)電池包立式電芯，這款電池包最大的特點(diǎn)是電芯是躺著放的。
電芯躺著放以后，最明顯的好處是，電池包豎向高度明顯下降，可以為乘客釋放出更多的車(chē)內(nèi)空間，還能保證底盤(pán)的通過(guò)性。
立式電芯一般都會(huì)被電芯殼體的頂蓋厚度、頂蓋底部到隔膜的距離、底托片厚度等占據(jù)，在高度方向上利用率并不高。
魔方的躺式電芯有效改善了這一情況，不僅電池包高度方向得到了充分利用，電池中活性材料的占比也大大提升，從而明顯提高體積利用率。
魔方電池包的長(zhǎng)度和寬度是固定的——1690mm*1300mm；高度有三種：分別為110mm、125mm和137mm。
可以想象一下，電池的長(zhǎng)度相當(dāng)于一個(gè)成年男子的身高，而電池包的厚度相當(dāng)于一罐可樂(lè)——就像一個(gè)大Pad。
根據(jù)上汽方面給出的數(shù)據(jù)，基于CTP、高電壓、超薄基材等技術(shù)，90kWh魔方電池，電池系統(tǒng)能量密度達(dá)到195Wh/kg，從而實(shí)現(xiàn)CLTC續(xù)航里程550-570km。可以用5系電芯實(shí)現(xiàn)8系電芯的能量密度，CTP成組效率達(dá)到79.6%。
電芯躺著放的另一個(gè)好處就是電芯的噴發(fā)口不再向上，而是側(cè)向噴發(fā)到底部托盤(pán)結(jié)構(gòu)上。
一般來(lái)說(shuō)電池上蓋的強(qiáng)度并不大，厚度基本在1—2mm，立式電芯噴發(fā)口向上，一旦發(fā)生熱失控，對(duì)車(chē)內(nèi)乘客存在一定安全隱患，躺式電芯就解決了這一問(wèn)題。
此外，躺式排布電芯設(shè)計(jì)能夠降低電芯之間有效接觸面積，減小熱傳遞通道。魔方電池包只有兩層電芯，一旦一顆電芯熱失控，只會(huì)蔓延到它上下那顆接觸面積大的電芯，并通過(guò)水冷系統(tǒng)帶走一部分熱量。
左右兩側(cè)的電芯由于接觸面積小，且有隔熱材料防護(hù)，熱失控的幾率大為減小，因此電芯的熱失控整體是可控的，不會(huì)帶來(lái)多米諾骨牌效應(yīng)。
這種躺式排布，還可以最大程度節(jié)省隔熱材料的應(yīng)用。例如，以前需要用6片隔熱材料的，現(xiàn)在僅用2片就夠了。絕大部分空間都可以用來(lái)容納有效的電化學(xué)材料。
總結(jié)下來(lái)，魔方電池包在安全方面主要靠五字秘訣：
預(yù)—— 7*24h 遠(yuǎn)程監(jiān)控體系：自學(xué)習(xí)功能使熱失控可提前監(jiān)測(cè)，防范于未然；
導(dǎo)—— 提前散熱系統(tǒng)：遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)到熱失控，醞釀期即開(kāi)啟最大功率散熱；
臥——獨(dú)有躺式排布電芯設(shè)計(jì)：降低電芯之間有效接觸面積，減小熱傳遞通道；
隔—— 氣凝膠阻燃材料：物理熱量隔離，確保單個(gè)電芯熱失控后不影響周邊相鄰電芯；
疏——自動(dòng)泄壓防爆閥：主動(dòng)泄壓，釋放電池包內(nèi)壓力，使過(guò)熱氣體降溫，防止氣體噴射。
傳統(tǒng)立式電芯的電池包，是將電芯放置在了剛性框架的“鐵牢籠”里，隨著電芯的老化膨脹，受力條件將會(huì)急劇惡化，電芯只能在有限的空間內(nèi)承擔(dān)更大的壓緊力。
魔方電池采用柔性約束的方式，結(jié)構(gòu)主要是通過(guò)上下兩層薄壁的柔性壓板，配合柔性的結(jié)構(gòu)膠來(lái)共同對(duì)電芯完成這一約束。相當(dāng)于為電芯穿上了一件“高彈緊身衣”，能夠自適應(yīng)電芯的膨脹，大幅降低電芯受力，電芯的循環(huán)壽命得以延長(zhǎng)。
據(jù)上汽方面介紹，這件“超級(jí)緊身衣”的誕生非常不容易，要解決三大難題。
首先是結(jié)構(gòu)膠的受力工況極為苛刻。結(jié)構(gòu)膠在電芯的不同位置，受力工況完全不同。需要將“超級(jí)緊身衣”切割成小部分，根據(jù)不同部分的需求來(lái)設(shè)計(jì)。
第二，匹配電芯全壽命周期的需求。電芯生命后期階段，體積會(huì)大幅膨脹，這件“超級(jí)緊身衣”也要適應(yīng)電芯的變化。簡(jiǎn)單說(shuō)，腰圍70的瘦子能穿，后期變成腰圍100的胖子時(shí)仍然要貼合，不破損。
第三，超高分子材料的老化評(píng)估。用上汽集團(tuán)相關(guān)負(fù)責(zé)人的話說(shuō)，整個(gè)柔性方案可以說(shuō)就是用膠的藝術(shù)。上汽團(tuán)隊(duì)需要解決膠的老化問(wèn)題。
為此，上汽聯(lián)合陶氏化學(xué)共同研發(fā)，匹配躺式電芯特性專屬結(jié)構(gòu)件，共開(kāi)發(fā)測(cè)試超過(guò)1000款結(jié)構(gòu)膠配方，進(jìn)行了超過(guò)2萬(wàn)小時(shí)可靠性驗(yàn)證，最終才確定結(jié)構(gòu)膠配方。
此外，加上上汽采用獨(dú)特的電芯電解液引流設(shè)計(jì)，使電解液流通更加順暢，這些因素疊加都會(huì)增加電芯的循環(huán)壽命。
在這些技術(shù)的加持下，魔方電池成功挑戰(zhàn)了針刺實(shí)驗(yàn)，在鋼針刺入電池包觸發(fā)熱失控后，被刺的電池包出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象，但沒(méi)有起火、爆炸，也沒(méi)有出現(xiàn)熱蔓延現(xiàn)象。
總結(jié)來(lái)看，魔方電池最明顯的特點(diǎn)，就是通過(guò)躺式電芯將電池包的厚度做薄，電池包內(nèi)部的空間利用率進(jìn)一步得到提升；安全性有所提升，通過(guò)側(cè)向噴發(fā)，解決了立式電芯向上噴發(fā)的潛在危險(xiǎn)性。
當(dāng)然，超薄電池也有附加好處，車(chē)輛實(shí)現(xiàn)超低質(zhì)心高度，且質(zhì)心分布均勻，能夠有效抑制車(chē)輛高速行駛中的側(cè)傾，在極限駕駛過(guò)程中，車(chē)身的控制做得更好，讓操控更純粹。
原文始發(fā)于微信公眾號(hào)（鋰電產(chǎn)業(yè)通）：揭秘上汽“魔方電池”
