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比亚迪的“刀”,刚出鞘

2020-03-29  小米社交...


一个小时,比亚迪煎了仨鸡蛋:一个飞了,一个糊了,还一个没熟。

这场面,是最近半年电动车行业备受瞩目的明星技术——比亚迪“刀片电池”的第一次公开发布,以往习惯于坐镇后方的王传福本人,这回也亲自出镜。

“刀片电池”是比亚迪正在研发、即将用于市售量产车的新型动力电池技术,比亚迪希望借此巩固并扩大自己在纯电动车领域的技术优势。

不过,也许因为这次线上发布会面向全体公众,比亚迪并没有过多介绍刀片电池的技术细节和性能参数,而是用“针灸+煎鸡蛋”的方式向大家展示:快来康康,咱家电池多安全。

众所周知——至少在去年特斯拉烧掉上海地库事件之后众所周知——电动车最大的软肋,不是续航不足,不是充电慢,而是安全性饱受质疑。续航不够我可以不出远门,充电慢我可以嗑瓜子,但命它只有一次。

当然,汽油车也有可能自燃也有可能爆炸。问题是汽油车倘若发生自燃,通常是一个过程,车上乘员通常有足够时间停车逃生;汽油车起火后,车载灭火器和常用的消防设备就可以实施灭火;汽油车如果是被撞到直接爆炸,如此冲击力下乘员恐怕在爆炸前就已经呜呼了。

而电动车,去年上海一辆特斯拉自燃烧掉大半个地库;2017 年,亚马逊《The Grand Tour》拍摄中,Rimac 电动跑车翻车起火后烧了整整 5 天。这样的事件,让所有人都见识到了三元锂电池失控时的威力。

不怕你自燃,不怕你着火,不怕你爆炸,怕的是:着得太快、烧得太猛、想灭太难。

电动车企业当然不是睁眼瞎,他们尽自己所能,在目前的技术条件下尽力提高电动车的安全性。被动措施,是提高电池电芯的稳定性、增加监控措施等等,防止自己内部出问题自燃;主动措施,是给电池包撞上一个坚固外壳、电芯以模组方式分隔等等,防止或延缓出事故后电池发生燃爆。

比亚迪这次用钢针怼电池,正是模拟发生事故后,电动车电池可能的遭遇。

(字幕信息量巨大:不说的话,我完全会以为鸡蛋还安好)

当钢针刺入电池内部,会导致电池发生短路进而产生异常高温,热量无法及时散去就可能引起燃烧和爆炸。在比亚迪的演示中,出现了三种不同了类型电池:三元锂电池、磷酸铁锂电池、新型刀片电池。为了演示效果更直观,比亚迪贴心地在三块电池表面放上了生鸡蛋。

三元锂电池就不用说了,几乎在钢针插入的同时就发生剧烈爆炸;磷酸铁锂电池稍好,没有发生爆燃而只是向外冒烟,生鸡蛋被高温烫到糊;而刀片电池就很优秀了,既无明火也无烟,生鸡蛋过了很久还能流来流去。

效果很惊人,但如果你对电动车行业有所了解,又不会多意外。

三元锂电池是目前应用最广的电动车用动力电池,街上跑的纯电动车,尤其是近几年的车型,几乎都搭载着三元锂电池。相对而言,它的能量密度更大,但化学性质更不稳定,并且高度依赖稀土材料。

磷酸铁锂电池在几年前大规模应用在比亚迪电动车上,同时也是大多数商用营运电动车的最爱。磷酸铁锂电池的能量密度没有三元锂电池那么容易提高,但更稳定更安全,同时对稀土材料需求很低。比亚迪早年押宝磷酸铁锂,结果因为能量密度劣势,续航难以往上提,最近几年不得不转向三元锂阵营。

至于刀片电池,它其实并不是指化学材质,而是指一种比亚迪专利的电池电芯形状,长而扁形似刀片。而之所以要发明这样一种特殊形状电池,是比亚迪为了弥补磷酸铁锂的短板、同时发挥磷酸铁锂的长处,与三元锂阵营做斗争。

目前我们能获知到的信息来看,磷酸铁锂配方的刀片电池能做到不怕“扎”,一是因为它的薄片形状,钢针刺入后发生短路的程度较小,发生的异常热量较少,同时又具有更大的散热面积;二来,是因为磷酸铁锂配方,本来就比三元锂来得更稳定。

比亚迪表示,没有哪家三元锂电池厂商/整车厂敢公开做针刺实验。确实如此,横向对比,刀片电池确实有足够自信说自己比别家电池更安全——本来比亚迪偏爱的磷酸铁锂就是更稳定,别说再使用一种新的电池形状/内部布置。

不过话说回来,不论针刺试验,还是各大电动车品牌爱做给观众看的火烧、撞击、浸水实验,都说明不了电动车相对于燃油车已经足够安全。原因也很简单,同样是用针扎,在给定标准的“蹂躏”实验中,电池遭受的待遇是这样的:

而在真实世界中发生事故时,电池面临的遭遇却可能会是这样的:

针刺试验中,面对垂直而来的钢针,刀片电池表现出了良好的安全性,可以推断小短路面积、大散热面积起了帮助,但现实中的撞击只会从垂直方向到来吗?

好了,我们至少知道磷酸铁锂比三元锂安全、刀片电池又比普通磷酸铁锂还安全,那么接下来请想点办法告诉大家,举着刀片的比亚迪电动车,就是比冒着尾气的比亚迪燃油车更安全吧。

回过头来,至少理论上,刀片电池确实对于提升电动车的安全性是有帮助的。原因是它让(原本)低能量密度的磷酸铁锂电池,在保证甚至提高稳定性优势的基础上,在能量密度方面有了与三元锂电池掰手腕的可能。

为了确保安全性,使用三元锂电池的电动车,会在电池包外面裹上坚固的钢铁外壳来防止撞击;内部会被划分为多个模组,彼此分隔开来,延缓某个电芯出问题时波及全部电芯的速度。这些安全措施会大幅提高整个电池包的总重量、拉低整个电池包的能量密度。因此,不能只看单个电芯的能量密度,还要看电池包整体的能量密度。

(典型的“电芯-模组-电池包”结构)

在同一技术水平下,能量密度往往与安全性成反比。厂商如果冒险使用高能量密度的电芯,为了平衡安全性方面增加的风险,就需要增加更多安全设施,于是整体能量密度又被拉了下来。

而磷酸铁锂电池本身在安全性方面占优势,但能量密度不及三元锂电池。于是比亚迪想出了刀片电池,直接以单个电芯作为电池包的组成个体,去掉模组分隔这个“中间商”,来提高整个电池包层面的电池密度。原本的模式(也是三元锂的常用模式)是:电芯-模组-电池包,而使用刀片电池可以做到:电芯-电池包,即所谓 “cell-to-pack” CTP 技术。

于是使用 CTP 技术的刀片电池,磷酸铁锂电芯组成的电池包,在整体能量密度方面,可以与非 CTP 的三元锂电池一较高下。而磷酸铁锂电池,又天然具有比三元锂电池更稳定的特点。同时,抛弃了三元锂配方,还可以大幅减少对于稀土资源的依赖和占用。比亚迪并不孤单,特斯拉也正在与宁德时代密谋,在下一代电池上转向磷酸铁锂(详见虎嗅文章《马斯克:下一步我干啥,你猜》)。

回归磷酸铁锂,成了 2020 年起,电动车领域一个可能的走向。

End

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