深度:预判广汽埃安弹匣电池方案车型场景应用技术状态


3月10日,广汽埃安发布了新一代动力电池安全技术,弹匣电池系统安全技术(简称:弹匣电池),并对搭载了弹匣电池系统安全技术的三元锂电池整包进行了针刺热扩散试验,试验结果显示,广汽埃安的三元锂(弹匣电池)整包在试验过程中热事故信号发出5分钟后,仅出现短暂冒烟,无起火和爆炸现象。静置48小时后,电压降至0V,温度恢复至室温。针刺后只有被刺电芯模块热失控,没有蔓延到其他电芯。打开电池整包,观察内部结构完好。这是行业首次通过三元锂电池整包针刺不起火试验,三元锂电池安全性取得了历史性的突破。根据广汽埃安官方给出的4大核心技术点(超高耐热稳定的电芯、超强隔热的电池安全舱、极速降温的速冷系统、全时管控的第五代电池管理系统)看,弹匣电池是一种围绕电芯(硬件)、电池壳体(硬件)以及热管理控制策略(软件)展开综合车载应用解决方案。


基本可以确认的是,使用弹匣电池解决方案的首款车型为即将在3月晚些时候上市的广汽埃安 AION Y。新能源情报分析网将根据广汽埃安弹匣电池系统安全技术特征,研读和判定集车型场景应用技术状态。

1、AION Y搭载弹匣电池系统安全技术解决方案之电芯技术的提升:

在官方发布关于弹匣电池系统安全技术电芯方面的技术中提到“电芯电极采用的新材料能有效提升热稳定性防止热失控”、“电解液配置的添加剂可以自我修复功能延长电芯寿命和降低短路风险”、“安全为主的电解液在加热至120℃以上时通过化学反应降低热失控风险”。


显然,这种弹匣电池内部的电芯有别于目前常见的5系、6系和8系三元锂电芯(池)以及磷酸铁锂电芯(池)。由于广汽埃安官方没有对这种电芯做出准确的技术规格描述,经过多方比对,采用镍(Ni)55高压单晶正极材料电芯(芯)的可能性较大。

在此前新能源情报分析网对镍(Ni)55高压单晶正极材料电芯做出了重点报道。镍55这种“高电压单晶”三元材料,镍钴锰的正极材料摩尔比为55%:12%:33%,这也注定了镍55三元锂电池具备兼顾安全和续航的基础。最终单体能量密度超过230瓦时/千克、系统能量密度超过180瓦时/千克的镍55电池系统,在高密度与安全性上较NCM811“高镍”电池表现得更好。


当然,无论镍(Ni)55电芯,亦或是其他未知类型电芯,作为终端使用方的广汽埃安向代工方发布的详细的技术规格,以便应用在AION 系列多款车型。也正是基于这种以安全性为导向、密度性电芯应用,才使得弹匣电池可以在穿刺后升温至686.7摄氏度,发烟并导出后而不起火爆炸的硬实力。

之所以不再选择8系电池而使用5系电池,还是出于能量密度与安全性具备更好的均衡性。当然,广汽埃安弹匣电池配置的归属5系电池范畴的镍(NI)55电芯,引入电芯纳米包覆技术和自修复SE膜、更安全的电解液等创新应用。

2、AION Y搭载弹匣电池解决方案之电池壳体结构层面的优化:

目前在中国市场销售的不同品牌EV\PHEV\EREV\HEV车型中,搭载的不同类型动力电池壳体内部的散热和泄压技术架构完全不同。


以丰田(凌志)制造的HEV和EV车型为代表,多采用主动风冷散热或主动空冷散热技术。在丰田凌志UT300电动汽车搭载的动力电池内部,设定了1组风扇和2组风道(黄色箭头所指)用于将来自空调的冷空气吹送至模组用于散热。而这种不能承受任何压力的路径只能用于高温散热,而不能用于泄压。

在其他品牌推出的电动汽车的动力电池壳体内部,更多的采用承载液的管路+水冷板的散热模式,但是没有配置额外的泄压管路(仅在电池壳体前后端开启泄压阀)。


广汽埃安弹匣电池壳体结构的优化,也是物理层面的安全设定。当电芯因外力受损产生的热量被隔绝在电池壳体内,电芯顶部铺设一层BDH耐高温衬垫,以便隔绝1400摄氏度高温不会“烧”穿电池壳体;用于高温散热的冷却管路+全贴合的液冷集成系统(水冷板),在周边导热槽配合下进行主动冷却(由热管理控制系统介入),同时持续释放的热量所转化的能量通过预设的泄压管路快速排出释放至电池外部泄压。

单从硬件层面看,广汽埃安弹匣电池在壳体结构上较其他品牌电池多了多了一道“防火墙”。

3、AION Y搭载弹匣电池解决方案之主动热管理控制策略的高效率:

以2021年中国市场在售的主流新能源整车技术状态看,几乎没有再使用被动风冷散热的动力电池热管理控制策略的车型。然而在都采用基于冷却液进行“冷量”和“热量”交转,用于动力电池高温散热和低温预热的电动汽车,也存在着对温度阈值设定的巨大差异。换句话说,在大功率直流快充模式,动力电池大倍率充电带来的电芯升温至36摄氏度、37摄氏度、甚至似乎38摄氏度,都会对整车安全存在不同的影响。


广汽埃安弹匣电池热管理控制策略的优化,也是软件层面的安全设定。无论车辆上电或车辆下电状态,BMS都会全天候24小时对电芯的温度进行检测(上传后台留存)时。一旦发生电芯温度升温过程异常,电芯温度升至预设阈值,都会激活热管理控制系统的高温散热功能,源自电动空调压缩输出的冷量经过水冷板控制模组将冷却液制冷,主动进行全负载冷却,已达到抑制热量转化成能量的安全设定。


BMS全天候24小时对电芯温度检测并对电池进行主动高温散热的热管理控制策略,不是一种全新的技术体系。广汽埃安第5代电池管理是能够第一时间响应到热失控。在全时巡逻模式,无论整车上电或下电状态,第5代电池管理系统都会监测电芯的温度变化。如果电芯温度变化突破预设阈值、或升温速度异常,就会引入电动空调输出的“冷量”,通过冷却液进行主动高温散热伺服。其他品牌电动汽车的热管理控制策略,只能在整车上电时对动力电池进行监控,并作出相应的冷却措施,但是在下电状态就不能联动。

广汽埃安弹匣电池系统本身采用的更安全的电芯、更合理的电池壳体,使得BMS在监控电芯温度波动的“容忍”范围更大。换句话说,相对其他适配三元锂电池车型BMS系统只能在车辆启动时使用,搭载广汽埃安弹匣电池的车型全天候在BMS系统监控下,也不会过多占用(动力电池装载)电量,而影响续航里程。

起码可以认为,广汽埃安弹匣电池适配的第5代电池管理的控制策略,经过长时间测试与验证与而来,兼顾了安全性和续航里程。

4、弹匣电池系统安全技术解决方案的二次开发与改性车辆的应用场景:

目前3款广汽埃安AION Y电动汽车完成了工信部备案,其中两款车型适配的三元锂电池能量密度同为为162Wh/kg(NEDC续航里程503公里和460公里),另一款适配的三元锂电池能量密度为184Wh/kg(NEDC续航里程600公里)。


这唯一一款驱动电机最大输出功率设定在135千瓦(其他两款车型为100千瓦),适配能力量密度184Wh/kg、装载电量76.8度电三元锂电池系统,NEDX续航里程600公里的AION Y电动汽车,无疑是广汽埃安品牌首款应用弹匣电池解决方案的车型。

适配能力量密度184Wh/kg、装载电量76.8度电弹匣电池解决方案的AION Y,将会有更“充沛”的电量用于在下电状态为第5代电池管理系统伺服,且不会让车主感觉到续航里程“明显”的变化。

弹匣电池作为一种集成电芯、壳体与热管理控制策略的综合解决方案,与一款正向开发的车型结合将会是在诸多方面表现很完美。然而弹匣电池可以用于在售车型改款的集成,并配合整车电控系统进行的升级和适配。基本上可以确认的是,弹匣电池解决方案将用于全新的AION Y和AION LX等车型的二次升级。

而应用AION Y的初代弹匣电池还留存一些保守的设定,诸如BDH材质的厚度、水冷板的面积以及导热槽的内置)。随着不同车型的批量应用,改进的弹匣电池或可以针对不同配比的三元锂电芯以及磷酸铁锂电芯开发不同的热管理控制策略,甚至在不用想电池总成密封前提下将导热槽与车身焊接结合,节省出的空间提升体积密度,间接的增加可用续航里程。

笔者有话说:

广汽埃安选择的疑似镍(Ni)55将是未来与磷酸铁锂电池一样,具备相当安全性的三元锂电芯。当弹匣电池系统安全技术在电芯一级具备足够的基础安全性同时,加强了隔热、导热、泄压等物理手段,并引入更主动的热管理(高温散热)控制策略。只要不出现生产端的问题,后续上市的AION Y电动汽车的将会在安全性、制造成本、续航里程和充电效率等方面的均衡性更占优。

需要注意的是,广汽埃安绝对会在现有的弹匣电池解决方案的硬件部分和软件部分,与不同新老车型向修改并结合。当广汽埃安现有的产品线逐步升级到一个更好的状态,也是弹匣电池解决方案全面提升的时期,与之配合的车型综合性能值得期待。

新能源情报分析网评测组出品

车系: AION Y
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