方形电池似乎是非常简单的了,但也有连接片折断,碰准后短路的情况发生,如果电连接螺丝松动,或者长时间以后腐蚀了会发生什么情况?当然是出现热点,甚至引起整个电池包的燃烧!有的厂家用很厚的塑料壳将方块电池封装的很厚,这种电池我是不敢用的,你测试过电池内部的温度梯度分布吗?刚才我们看到雄韬电源采用了特殊的方法,管式电池,这是非常好的思路,它把整个厚度控制住,内部也不会有太高的温度梯度。
用18650圆柱电池成组的挑战,特斯拉是怎么做到的呢?首先为什么选18650?因为它的产量最大,而且松下是全球做18650最成熟的一家。特斯拉后来采取了一些特殊的工艺配方改变原来的18650,提高了容量和安全性。然后特斯拉使用了复杂的液冷技术。最近网上流传了一篇文章,有一根水冷管围着电池转,确实很复杂。
一个是平时保持电池温度的一致性,另外“即使单一电芯发生热失控”,这一点特别重要,我个人认为真正可靠的系统允许出错,允许各种各样的失效模式,这套系统才是真正安全。特斯拉如果内部单一电芯发生热失控,热量额能够很快被冷却液吸收,避免周围单体也发生热失控的连锁反应。我们也做过实验,燃烧之后电池没有损坏,这样的系统才是真正具有商用价值的。
在这里面,特斯拉还采用了细细的金属丝连接18650的正负极,是为了在单一18650内部短路时能够熔断,避免周围并联的电池对它放电。金属丝软连接还有个好处是减少焊点的机械应力,避免长期震动后焊点脱落。最后我们也看到特斯拉的电池包里面用了防火墙分隔开,即使下面被刺穿,电池包有一个分隔,燃烧会变慢,使乘客有足够的时间逃生。这一点很重要,我们没有办法保证电池不燃烧,但是燃烧的话一定给乘客提供足够的逃生时间。在今年初3月份,特斯拉又出现了一次强烈装机,发生了燃烧,还没有定性到底是什么原因。
后来发现18650三元材料有很大好处,把这个作为重要的发展方向,开发了很多技术。特斯拉RoadStar用的是标准电池模块的串联,但MoleLS改用了整块电池包。因为ModeIS是全新设计的量产车,而RoadStar是实验车,作为量产车要采取整体设计的方案,可以最大限度地改善能量密度、经济性,并且大大提高整车的刚性,改善操控体验。
国内很少全新设计的电动车,多数也没有大批量生产的奢望,所以只能使用通用的模块。这是我们2012年设计的一个模块,五个模块串联起来,采用了比较特别的技术。每个模块和另外一个模块之间紧密结合,连接面特别大,而且电流是直接过来,不是其中一个点过去。以后有机会的话欢迎大家到欣旺达参观指导,我们会详细把这些跟大家分享。
18650标准电池模块如何保证安全性、一致性、可靠性、稳定性?实际上18650标准电池模块是最成熟的一款产品,内部有任何原因导致热失控,首先会导致隔膜闭孔,阻断电流。如果隔膜已经短路、内部温度继续升高使电解液分解,内压必然升高,使得CID动作,从正极切断总电流并将内压释放,气体喷出单体。只要出现热失控的单体泄压阀能正常动作,就不可能发生单体爆炸。日韩生产的18650失效概率大约在PPM数量级,泄压阀失效的概率也很低,组合在一起的机会就更小了。
任何锂离子电池都有燃烧的机会,但是因为尺寸小,如果配合适当的蛤蜊措施,单一18650燃烧是可以避免传递到周围单体的。任何单体生产设备都会有波动,导致产品性能指标随之发生波动。不管是大单体,还是小单体,都会造成初始一致性偏差。可靠性来源于原材料的质量、设计的合理性以及对加工过程的控制。特别强调的是模块内电流的均匀性和温度的一致性,对整体模块有很大影响。
动力电池的制造,抛弃北欧模式,转为亚洲模式。这句话看起来有点夸张,但是么聚集了大量实力派汽车企业,他们对汽车的理解全球领先。那能不能把复杂的汽车工艺搬到流水线上,用亚洲积累的电子产品优势,一直做到模块、模组,在现场组装起来,就会非常简单,提高工程效率。
软包电池也有很多问题,实际做的时候都要考虑。说到焊接,最典型的电子行业都用的锡焊,锡焊时必须通过热传导,有可能把高温传递电池内部,所以不建议锡焊。电阻焊就是通常所说的“碰焊”,超声焊也是比较新的材料,据说可以将100层的铜箔或铝箔焊接成一片厚材。激光焊有两种不同的焊接模式,焊接效果是不一样的。说到BMS,多数BMS是巡检的,在动态变化情况下,测出来的电压往往是不同时间不同电流下,差距非常大。热管理,管还是不管,拿什么去管?很多企业认为功率不大,不用管。但是真正做了实验才知道,特别是连续用的出租车,要特别小心。高压部件,不可忽视的安全隐患,也是新能源汽车安全事故主要来源。
新能源汽车动力电池系统成组是一个系统工程,我们需要把电池连接起来,需要把电池固定应对各种情况,要应对不同的环境、不同的气候温度和载重、路面坡度,要准确检测每一串电池的电压和箱内温度,要准确测量总电压、总电流。
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