 新能源汽车到底安不安全？这个话题似乎近几年有下降趋势，但最近公布的一季度新能源汽车起火的数据，把这个话题再次拉到新的高度。 2022年，一季度国内新能源汽车起火共计640起，日均7起。 电池安全方面已经成为电池供应商、新能源汽车制造企业首要考虑的事项。新能源汽车从元器件的电芯层级、子系统的电池系统、整车管理+充电和动力系统的系统层级，从内到外决定了一台新能源车的电池是否足够安全。 比亚迪从电芯到模组都已经实现了自研，并且在磷酸铁锂本身不易热失控的前提下，又加入了特殊处理+液冷方案。所以在新能源领域中，能做到把电池热失控的可能性降到更低 接下来比亚迪电池安全方面的优势，可能会被日产的电池安全技术反超，为什么？ 比亚迪电池安全性好，由于磷酸铁锂和特殊处理？ 比亚迪可以说从造车的最开始阶段就已经规避了电池安全最大的风险点，避开了三元锂电池方案，而是选择了能量密度更低的磷酸铁锂电池开始发力。 对比目前主流新能源车的电池使用来看，磷酸铁锂材料本身就具有散热性好的特点。我们都清楚汽车动力电池对于温度非常敏感，这也是制约电池充电时间快慢的主要原因，所以良好的散热条件对于电池来说是一个非常重要的指标。 自身条件决定，刀片电池散热性能更好？  比亚迪使用的刀片电池，首先是磷酸铁锂材料决定了其性能稳定、其次是有较大的散热面和较薄的厚度决定了散热条件好，两方面决定了刀片电池能够拥有稳定性能+较好的散热条件。再结合比亚迪根据不同厚度的刀片电池快充时电芯、模组的升温来看，厚度做到7-12.5mm时电芯和模组的升温明显降低；随着电芯厚度不断减小，电芯和模组在快充时的温升越来越小。 电芯当结构件，电池碰撞能否安全？ 比亚迪对刀片电池的模组设计上，在上下两面都使用了结构胶结合了两块高强度板，让电池包内部有了类似于蜂窝状的结构件；另外，传统电池包在机构件上只有4-5根横梁，而刀片电池让每一个电芯都能充当结构梁。这样一来，在电池底部发生碰撞的时候，电芯可以直接承受一定的力。  关于热失控，比亚迪怎么处理的？ 单个电池热失控时，其外壳温度越高，电池间的热扩散会越迅速，这意味着临近的电池也会更快地升温而相继触发热失控，导致电池包的安全系数下降。比亚迪把刀片电池的液冷板布置在电芯上方，在电芯与电芯之间还设计了导热层，这样一来电芯的热交换面积就要比传统电芯大很多，有效的把电芯热量传递给水冷板，再加之本身刀片电池散热性好，刀片电池内部最大的温差控制在1摄氏度以内。即便是电池内部短路，发热量也不会特别的大，更不会有明火、冒烟这些、喷溅电解液、电池体膨胀等现象。 相比于磷酸铁锂电池，三元锂电池的结构性能更不稳定也更容易起火，但这是部分车企实现高密度、高续航里程的唯一选择；例如最近开启预订的日产Ariya，使用的就是三元锂电池，但日产有着一定的纯电技术积累。 日产，是怎么实现三元锂电池的高安全性的？ 日产Ariya怎么解决电池安全，靠自研模组？ 相比之下，三元锂电池确实容易比磷酸铁锂热失控。普通磷酸铁锂正极材料温度需要达到500摄氏度左右才会分解，而三元锂的正极材料温度达到200摄氏度之后就会开始分解。那怎么做好三元锂电池的热失控管理，是接下来会成为以三元锂为主的汽车制造商们的发展重点。 日产就是使用三元锂电池方案的其中一员，并且目前做到了电池210亿公里0重大事故的安全纪录。包括在日产聆风、日产轩逸纯电以及日产Ariya车型上，使用的都是三元锂电池，日产怎么解决新能源汽车电池安全问题？  先关注几个数据： 1.日产Ariya使用的电池包能量密度为90kWh，分别对应623、559、533km续航里程； 2.特斯拉Model Y使用能量密度分别为60kWh、78.4kWh的电池，对应545、660、615km续航里程； 3.日产Ariya快充时间0.67h、慢充14h，特斯拉快充1h，慢充10h； 4.日产Ariya和特斯拉、比亚迪一样，在电池包内部使用了液态冷却的方案。 从以上数据中能分析出什么，电池的能量密度在不改变电芯化学配方的前提下，只能通过增加电芯数量获得更大的能量密度，通过对比，日产Ariya电池的能量密度要比特斯拉Model Y的还要多，也就意味着它的电池包内部电芯数量要高于Model Y电池包。  日产的电池供应商为AB供应形式，一部分来自于宁德时代、一部分来自于远景动力（AECS），但电池包模组均由日产自己设计，也就是说电池供应商只提供电芯和定制化电池包设计。 例如在日产Ariya上面使用了日产定制化设计的超薄的方形锂电池模块，在散热上会有更好的体现。  方形锂电池相比于特斯拉使用的柱形锂电池而言，有更好的散热性能，现行较为成熟的方案是在两块方形电芯之间加入一个散热片，再通过散热片把电池的热量传递到电池板下方的冷却回路里，日产在Ariya的电池包上使用的是液冷方案，这点和特斯拉、比亚迪这些主流车企采用了相同的方案。 之后日产还得考虑液冷方案怎么确保电池温度的一致性，如果采用最简单的单通道液冷设计，那流动方向最末端的电池永远都是温度最高、降温最慢的；液冷方案的最优解是设计往复流道，从而削弱了一半的温度差异，实现这个设计风冷跟容易，液冷有难度，毕竟电池包内部空间有限。  另外两个思路：温度分区管理，增加流量控制阀，让冷却液可以精细化分区域控制流量；使用BMS电池管理方案，哪个电芯升温快、温度差异大、是否都是液冷下游电芯个体温度更高。 只要把电池包温度差异控制在±5°左右就算合格的三元锂电池产品，±2°算是优秀的产品，目前特斯拉能做到。 另外，关于电池结构的碰撞问题。 在日产Ariya身上日产工程师借鉴了许多日产聆风上的安全理念，能够确保日产Ariya的电池包即便在碰撞的情况下也能保持结构的完整和电池包的安全。例如在车头方向，给电池包预留了前机舱溃缩空间、电池包两侧的溃缩空间，以避免让电池包更大程度受到外力的影响。 由于目前日产Ariya还未正式上市，相关电池信息也没有完全披露，以目前的信息来看，日产Ariya做的是高能量密度+液冷的电池方案，相比于普通风冷三元锂电池有更好的散热条件；之后需要考量的是电池包的密封性问题，确保电芯在爆炸、膨胀、电解液喷出之后是否会有氧气注入的问题，结合之前日产聆风使用1.5KPa的高压气体被注入密封的电池包来看这点不用太过于担心。 日产目前虽然没有自研的电芯产品，依旧由供应商提供，但在电池模组方面采用的是自研定制方案，能够高度匹配车型，并且使用了相对保守、温和的方形电池（散热面积更大）策略在电池液冷上也有更大的发挥空间，没有像特斯拉一样采用柱形电池。 电池起火，只因为热失控？ 说会电动车起火这个问题，一季度新能源汽车电池起火上升32%，新能源汽车电池起火可能是多种原因造成，例如电池老化、外部碰撞、极端高温、短路、超负荷等几种情况。据统计，58%的火灾事故源于电池故障，其中大部分是三元锂，也有磷酸铁锂。 分析起火原因，三元锂电池起火频率明显高于磷酸铁锂电池，也是因为自身特性决定的；圆柱体电池起火率明显高于软包、方形电池；充电时的起火率高于行驶、涉水和车辆静置。 那么目前日产Ariya使用的电池在三元锂的材料特性上没有发生改变，但规避了圆柱电池这一容易起火的方案，使用的是方形电芯，散热效率更好而且还配套使用水冷。而在快充阶段，能量密度比特斯拉要高，而充电时间比特斯拉时间更短，应该也是得益于方形+水冷的方案，能让电池承受更高压的电流输入而不会出现热失控。  电池的安全性，需要从电芯、PACK、系统、功能安全这4个层面去考察。目前新能源汽车领域的汽车制造商们推出了多种电池解决方案，包括比亚迪刀片电池、长城大禹电池、广汽弹匣电池等，都在电池热管理上做出了一定的创新与改变。 从电芯、PACK模组、到管理系统，三个层面构成了电池安全的完整性；当然这是没有发生意外的前提下，但如果电池使用条件非常极端、意外的交通事故碰撞、新能源汽车在水中浸泡时间过久、去第三方进行改装/拆卸、第一批新能源车的正常老化等。 之后需要汽车制造商们考量研发电池时做的安全冗余，该如何规避错误、如何规避意外、如何及时解决即将进入老化阶段的第一批新能源车的电池安全问题。电池安全方面无法做到绝对安全，但多一份思考就能规避一些错误的发生几率。 文章来源【路咖汽车】版权归原作者所有 |
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