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独树一帜 号称最安全的华特电池了解一下

来源:原创编辑:崔啸2018-11-02

据不完全统计,截止到今年9月份,全国范围内有案可查的纯电动车自燃事件有39起,未公开的疑似事件有12起。虽然其中部分起火事件的原因并非电池本身故障引起,但舆论的焦点往往仍集中在动力电池的安全性上。因此“工欲善其事,必先利其器”,想打造一台好的、安全可靠又让消费者放心的纯电动车,动力电池是一道绕不开的坎。
回想今年8月份,前途汽车K50纯电跑车的上市发布会上,当宣布K50采用全球最安全的动力电池时,我就对这台车的电池制造商“华特电动”产生了兴趣,而且当我听说他们采用了的技术路线全球独一无二的时候,我的好奇心简直爆棚。要知道我是那种“你在台上吹破大天我都不信,除非让我亲眼看到体验到”的“拧种”,因此当我得知“华特电动”邀请部分媒体进厂参观了解的时候,以最快速度确定了出行日期和行程,就是想去看看,这个“最安全”和“独一无二”到底是怎么回事。

在今年8月8日的前途K50新车发布会上,介绍新车电池由华特电动电池“标准箱”组成。

华特电动是谁?
简单来说,华特电动是一家以提供动力电池及PACK解决方案为主的公司,与前途汽车同属于长城华冠旗下的子公司。简单来说,长城华冠是爸爸,华特电动与前途汽车是俩儿子,所以前途汽车使用的所有动力电池均来自华特电动也就不足为奇了。

但是华特电动本身并不生产最基础的电芯,而是将外采的电芯通过自家特有的“标准箱”技术进行PACK封装,类似为上汽提供电池PACK的“上汽捷能”。华特电动目前采用的电芯为软包电池,软包电芯的供应商是上海卡耐新能源有限公司,而电芯技术来源于日本的英耐时

我们把华特电动的家谱捋清楚了,这样大家也就知道这家公司是何方神圣,到底是传闻中的“小作坊”,还是实际上的“实力雄厚”也就一目了然了。
为什么要选软包电芯?
相信很多媒体同行写到这里,估计又是列表格,又是举案例,大书特书18650的“不靠谱”,21700的“没意义”,硬壳方型铝电池的“多特性”,以及软包电池的“重量优势”等,甚至还要再拎出“磷酸铁锂”来羞辱一番。这种内容在百度上一搜一大把,而且我自己早先的文章就已经有关数次相关的讨论,所以我在这里就不多做赘述了,咱们今天就聊一聊华特为何要用软包做它的电芯。
说到为什么要用软包电芯,我们要先了解一下华特动力特有的“标准箱”结构电池PACK的特点。国内外绝大多数纯电动汽车的动力电池,基本上都是将电芯封装在一个PACK内,也就是挂在车辆底盘下的那一整个电池包。虽然形状与大小都各有不同,但总的来说“一个整包”的属性是一致的。

这就是华特电动的电池“标准箱”单体。整车的电池包就是由数个这样的“标准箱”组成。

这样“一个整包”的好处还是很明显的:在设计时更方便为新车量身定制;早期成本较低;制作相对简单;非电芯部分的自重相对较低,方便得到更高的系统能量密度数值。但不足也是显而易见的:一车一造型,新款车就要从设计到测试一切重新来过;电池装车后如需维修,工艺相对复杂;电池梯次利用回收时,不同电池包的规格混乱,不易形成低成本、规模化的再利用等等。

这就是前途K50的电池系统展示,途中那10个黑色的箱体就是电池“标准箱”。

而华特电动的电池包比较特立独行,也就是他们自称技术路线“全球唯一”的原因。他们把软包电芯和进行热传导的铝片逐一贴合排列,并且配上单独的液冷热管路之后,单独打包装箱,并且配一个仅负责这个小电池箱的小BMS管理模块硬件。而这个小电池箱,就是华特电动口中的“电池标准箱”。当汽车厂家需要给车型配置电池的时候,只需要提出电池容量的要求,华特就会像堆积木一样给出数量不等的“标准箱”,并且具备液体冷热调控的功能,以及完整的BMS技术方案。

这就是软包电芯本体,大小和重量都很接近一个ipad air。电芯外面包裹着一层“包塑铝箔”,上面两个伸出来的小片就是正负极的“极耳”。

左侧是电芯与导热铝片对齐罗列的样子;中间是电芯之间的支架;右侧是电芯与电芯之间采用的柔性隔离物质。

将两个软包电芯、支架以及中间的柔性隔离物质组合起来,就变成了这个样子。

然后按照不同“标准箱”定制化的需求,将若干个装好支架和隔离物的电芯单体排列在一起。

将帮助散热和加温的液体水室(图中标红的部分)装在排列一排的电芯一侧,与电芯之间的导热铝片接触,这样就可以实现液冷/热的功能。

每一个“标准箱”内都有一个分体式的BMS模块,当数个“标准箱”组成一个车的电池系统之后,再由车辆一个总BMS控制模块进行整体控制。

就相当于每个电池“标准箱”都是一个小组,而分体的BMS模块是小组经理,只负责自己小组内的成员(电芯)。而全车唯一的总BMS模块相当于总监,控制着整个电池部门内的所有经理(分体BMS)。这样不论公司增加或删减小组(电池标准箱),也不论小组内的员工(电芯)如何跳槽或入职,总监(总BMS)只需要管理小组经理(分体BMS)即可,而每一个小组经理(分体BMS)又只需要管理好自己小组内的成员(电芯)即可。相对一个BMS管理一整块动力电池包PACK的方式来说,这种“标准箱”式的管理结构在新款车型需要增减电池数量时,能够减少很多测试和验证环节,并且电池体系的管理效率和可靠性大大增加

完成内部安装后,将刚才看到的那一堆东西放入由高强度SMC复合材料制造的“标准箱”外壳。

这个外壳重量接近铝合金,但强度不输钢材质,同时极为绝缘。在重量、强度和安全性三方面找到了很好的平衡点。并且上下外壳采用车规的粘结胶粘合,同时采用金属卡扣进行二次紧固和锁闭,避免螺栓结构在长时间使用后存在松脱的可能。

这种“标准箱”式电池的好处也是显而易见的:降低电池的研发和测试周期,无需一车一验证;设计成本大大降低;车辆适配也很简单,电池组建无需单独进行针对性的检测和标定;整车电池布局相对灵活多样,也利于整车配重;回收与梯次利用的时候,规格较为一致,符合规模回收的低成本商业逻辑等。
当然缺点也是有的,非电芯部分的自重增加,拖累了整个系统能量密度的数值;相对而言,占用的体积增加;分散式布局对车辆设计有更高的要求和挑战;没有底盘布局整块电池组方案可以帮助增加整车底盘刚性强度的好处等。
说了这么多,有点儿跑题了。赶紧说本段的重点“为什么是软包”。从结构上大家可以看到,这种“标准箱”的电池结构,内部需要相对紧凑的布局,并且尽可能降低非电芯部分的重量,同时由于采用几乎无需考虑外部条件的“标准箱”式堆叠方案,因此对于其独立工作的要求很高,在安全性方面也有很多考虑,能够在一个标准箱内容纳下液冷管道以及散热铝片的同时,还要尽可能考虑电芯自身轻微膨胀的安全空间冗余,因此只有自身材质轻、便于片状排列、散热性能佳、自身热膨胀易控、整体布局相对简单的软包电池芯能符合要求,而其余包括柱状或方壳等电芯形态,都很难完美符合要求,所以只能是软包电芯。
如何理解电池的安全性?
如果长篇累牍各种数据以及技术文案,估计各位看官直接就跟我掀桌子了:“我跟你什么仇什么怨,上一天班齁累的,下班还要跑你这上课来?”所以呢,我争取用最简单明了的方式来给大家把这个很复杂的事儿说明白。
电压
我们可以把一个电池视作一个“人类”,而电压就相当于一个人的血压,血压高了那是高血压病,血压低于下限值这人就有可能要完蛋。电池也是一样道理,正常的电池电芯会有一个正常的电压值区间,过高过低都会出现问题。
电流和功率
而电池的电流和功率就可以比作人的爆发力,在电压保持一定的情况下,电流输出增加,输出功率就会相应变高,但是如果长时间让电池处于大电流,高功率的放电状态,甚至长时间保持5C放电倍率的输出,那这电池坚持不了多久。
这就相当于一个人在跑步时的爆发力,身体素质好的人可以用比较快的速度奔跑,但如果一直保持“被恶狗撵着跑”的爆发状态,短时间是没问题的,但如果保持这种“丧彪”的速度狂奔100公里,不死也内伤。
电池容量
电池的容量就相当于一个人的耐力。电池容量越大,能存的电量度数越多,就能提供更长时间的能量源。这就相当于一个人在跑马拉松时候的耐力,最近国内的马拉松热潮是一浪高过一浪,有很多普通人也参与到马拉松比赛当中,而不同人的耐力是不一样的。比如耐力短就跑个“全民娱乐马拉松”,耐力强就跑个“半马”,如果是“大牲口”级的大神,全马跑完还能拿个SB、PB甚至CB!

电池温度
要说对电池电芯的性能影响最大的外界因素,莫过于温度了。电池在充电和正常工作的时候会自发热,但并不是所有温度都适合电池。就像人的体温一样,只有温度合适才是健康的,才会清爽舒适。
电池在冷的地方需要外部热源来帮助尽快达到工作温度,而过热也需要降温措施来保证电池的安全。就像人一样,冷了需要开暖气,热了要开空调。否则人在没有保护的情况下,长时间处于低温状态就会被冻死,长时间高温暴晒会中暑休克。所以,说电池的温度就是人的体温也是非常恰当的类比。
当说完了几个关于单个电芯的基本概念,我们下面来说一说由单独电芯组合而成的电池组PACK,也就是华特的电池“标准箱”。
什么叫电芯一致性
电芯一致性恐怕很多人都听过,但真正能理解的不多。说起电芯一致性,很多媒体同行喜欢用“木桶的短板效应”来做解释,但这种比喻方法只能了解一致性差会造成电池储存能力的下降和浪费,但无法感知到安全性的危害。因此,我觉得可以用“仪仗队”来做比喻,更便于大家的理解和感知。

阅兵或者升国旗的时候,大家都能看到“仪仗队”的身影,整齐划一的动作让人过目不忘。电池组里面的电芯一致性,其实就是仪仗队的最基本要求,“整齐划一、步调一致”。当每一个电芯的状态和性能都无限趋近于一致,那么整个电池包就能发挥出最大的效能和作用,安全性也是最佳状态。但如果其中有个别电芯的状态和性能与别的电芯相差较大,就会出现严重的 性能下降,甚至影响到整个电池包的安全。
就好比“仪仗队”,整齐划一是震撼的视觉效果之源,如果其中有一到两名战士的动作与别人不一致,哪怕是摆臂比别人低了一点,踢腿比别人矮了一点,在外面看就明显影响了整个队列的效果。如果里面要是有一个节奏跟别人不一样,甚至顺拐或走得慢,不仅让他周围的人完全被打乱,踩鞋或打手,甚至整个队列会出现“塌陷”式的“崩溃”。
这就是当电池组内有个别电芯出现“一致性”差的问题,不仅会造成整个电池组性能下降和浪费,甚至还会引发“塌陷式”的崩溃故障,如果电池状态再遇到极端失控,那后果基本都是电芯自燃以及电池包爆裂。
说完了这一大堆的基础知识和比喻,下面我们终于可以进入正题了,也就是要了解为什么华特电动敢说自己拥有“最可靠的电池技术”,并且生产“最安全的电池产品”。
简单来说,华特认为最安全的电池产品,就必须做到非常优秀甚至接近完美的“一致性”,因此电池还处于矿物质的阶段,华特就开始进行严格的管理和监督了。
一般生产电池包的厂家只是在供应商在把电芯发来之后,对收到的电芯进行质量管理和检测,但电芯生产厂家生产所需的“锂、镍、猛、铬”等原材料也是采购自不同原料供货商,以及不同批次的材料,因此原材料本身也会存在些许差异。采用有差异的原材料,用同样工艺生产出来的电芯,也就势必也会存在或多或少的差异,一致性也就很难做到完美。
就好比我们去医院打青霉素,虽然使用的是同一品牌、同一药准字,但不同批次的青霉素,但都要重新做皮试。原因就是虽然都是青霉素,虽然都是同一个厂家,同一个药准字号的产品,但就是因为不同批次青霉素的培养菌种都有轻微差异,并且国产药品的提纯工艺还有待提高,因此每一批青霉素成药的效果也都有所不同,所以必须重新做皮试也是万全之策。

那么华特电动为了尽可能提高“一致性”方面的要求,不仅严格管理和要求电芯供应厂家,甚至还派专人管理给电芯厂家供应原材料的公司。也就是对供应商的供应商也做了严格的规定和限制。
由于无法改变制作电芯的原材料存在细微差异这一客观因素,因此华特要求电芯厂家供货的每一批电芯,都必须采用同一批原材料。而绝对不允许同一批次的电芯,使用不同批次的原材料
举例来说就是麦当劳要求提供汉堡面包胚的厂家,每天送的面包胚都必须用同一批面粉制作。所以,有可能今天用古船面粉,明天用香雪面粉,但是同一天烤制的面包胚,只准许从同一个口袋里掏面粉用。
这样,华特在电芯源头上尽可能做到高“一致性”的要求。所以,目前华特不仅对电芯供应商上海卡耐有着严格的管理和要求,同时将管理和监督的“触手”伸到了给卡耐供应部分电芯原材料的“赣锋锂业”,相当于一个做电池包的公司,都管到“矿上”去了,所以说华特家“有矿”也不完全算是开玩笑。

技术手段保证工作时的一致性
在尽可能保证原材料端的“一致性”之后,如何通过技术方法解决电池工作时的“一致性”就是下一步关键性问题了,华特电动的思路是“考虑周全、包产到户、逐一击破”。
所谓“考虑周全”,就是将液冷或加温作为电池系统的标配。随着现在纯电动汽车电池电量不断增加,能量密度不断增大,动力输出不断提高,传统的无温控调节,以及被动式风冷电池技术已经很少再被新车型采用,而拥有主动温度调节能力的液冷/加温系统则几乎成为纯电动汽车的标配。
所谓“包产到户”,就是指华特的每一个电池“标准箱”里都有单独的液体管道,并且每片电芯之间都夹有一片铝板作为热量传递介质,而铝板的一侧与长方形液冷管道接触,可以及时且高效地将热量在电芯与温控液冷系统之间进行传递。从组合成电池包最基础的每片电芯入手,解决温度控制问题。
所谓“逐一击破”,就是指每一个电池“标准箱”内都有一个分散式BMS模块,并且每一个“标准箱”都会检测到内部每一个电芯的工作情况。因此一旦出现问题,能够迅速捕捉和定位到问题电芯,并在一定程度内通过软件将其控制和隔离。如果某个电池“标准箱”因故出现多数电芯故障,可以直接更换这一个“标准箱”即可,无需像传统“单一整体式”电池PACK维修那样大拆大卸。

电池拥有高放电倍率有何意义?
“充放电倍率”是一个看似很“高难度”的名词,也有很多新能源车主听到过这个词,但它到底代是什么意思呢?
按照标准的解读,充放电倍率是指“充放电倍率=充放电电流/额定容量;电池放电速率:表示放电快慢的一种量度。所用的容量1小时放电完毕,称为1C放电;5小时放电完毕,则称为1/5=0.2C放电。”
熟悉我的朋友都知道,如果不举个简单又形象的例子作说明,那怎么会是我的风格呢?
我们用你在马路上跑步锻炼来举例吧:
假设你现在正在路上跑步锻炼,戴着耳机听着音乐,非常轻松惬意,照这个速度你能跑上至少10公里。这个时候我们可以类比0.2C的放电倍率;

这时候,身后出现了另一个跑步锻炼的人,而且很快的超过了你,你觉得略失颜面开始加速追赶,并且经过一番内心戏之后,终于在一个弯道过后超过了那个跟你“较劲”的跑步者,但此时体力已经有所降低,这个状态全下来也就跑个8公里。此时我们可以看做你是0.5C的放电倍率;

正当你暗自高兴的时候,突然草丛里窜出一条流浪的恶犬,追着你狂吠,还流着长长的一条哈喇子,疑似狂犬病患者。为了不被狗咬,你开始狂奔,一路披荆斩棘终于在八个路口之后摆脱了恶犬的追击,此时已经汗流浃背气喘吁吁。如果按照刚才这个速度,全程也就顶多跑个5公里。此时你相当于电池1C的放电倍率;

正在你犹豫要不要回家的时候,突然身后出现一位蒙脸大汉,手持一把40米长大砍刀奔着你跑过来。此时的你已经顾不上太多,用尽全身的力气开始逃命。你在前面跑,后面拿着砍刀追,此时的你除了逃命已经别无他想,最终绝处逢生终于跑赢了持刀大汉。按照这个速度,你就算体力充沛的时候也最多只能跑3公里。此时的你相当于电池2C的放电倍率。

就在你奇怪,为什么今天出来跑步会遇到这么多奇怪的事情,身后的小树林经过一阵骚动,窜出一条18米长的霸王龙……如果你利用“丧彪”一样的速度逃跑,并最终逃出生天。相信你顶多也就只能坚持1公里,此时的放电倍率约等于5C。基本上处于奄奄一息的状态。

换言之,小放电倍率相当于轻松慢跑,虽然速度不快但可以坚持很久;而高放电倍率相当于快速跑步,速度和持久程度就需要进行取舍和再平衡;一旦达到1C以上的放电倍率,就相当于百米冲刺,速度很快但坚持不了多久;而5C的放电倍率,基本等同于九死一生的亡命狂奔,只能偶尔为之,否则会因七筋八脉爆裂而死。
那么在什么情况下会有大的放电需求呢?答案是:驱动电机。而驱动电机不同的速度,就相当于刚才不同的“突发情况”。普通的慢速行驶,也就相当于慢跑或跟别人较劲的快跑。而车辆使用S运动模式在城市封闭道路或高速上行驶,电机对电池的供电需求进一步提高,放电倍率也就要达到更高数值,此时就相当于“恶犬”或“持刀猛汉”的情况。
那么“霸王龙”是什么时候出现呢?这就要说到前途K50那台纯电动跑车的一个特殊功能,也就是BOOST了。BOOST模式开启后可以实现像很多传统燃油跑车所配备的弹射起步的功能。在BOOST模式下前途K50单个驱动电机的最大功率可达160kW,前后电机相加最大扭矩可达340牛.米。但需要注意的是,BOOST模式并不是随时想用就随时可以开启的。

开启BOOST模式首先要保证车辆的电量要在80%以上,驱动电机的温度要在120度以下,电控系统的温度要在60度以下。在满足以上3项条件的情况下,左右脚同时踩住加速踏板和刹车踏板,并将挡位挂入S挡,此时驾驶员瞬间松开刹车踏板即可实现弹射起步的功能。

为什么启动BOOST要有3项条件呢?就是因为太“霸王龙”了,在BOOST模式下,电池的放电倍率可达到5C这样一个比较恐怖的程度,频繁使用会让电池和电机系统“过劳死”的,所以大多数中低价位民用纯电动车的电池,都无法承受这个程度的放电倍率,而华特电动的“标准箱”电池可以承受。
有利于电池回收梯次利用 提高纯电动车二手及残值价格
前几年因为纯电动车刚刚出现在市场上,对于二手车及残值的估值一直没有一个明确的参考和标准,尤其是电池部分完全不知道该如何操作。再加上早期纯电动车都定位在中低价位入门级别,二手的车况普遍不理想,因此二手车股价一直偏低,这也是纯电动车一直被人诟病的问题之一。
但是随着纯电动车的大量上市,以及性能和车况的普遍提高,对电池的检测手段也逐渐规范和标准化,因此纯电动车的二手车市场已经逐渐成型,需求也越来越大。但紧接着就面临一个新的问题,那些报废或淘汰下来的动力电池怎么处理?目前行业里大多偏向梯次利用回收,或者拆解报废成原材料,重新投入新电池的生产过程。
这种解决方法从技术的角度来看无可厚非,但从市场的角度来看却有着诸多不合理的地方。比如不同品牌以及不同车型的动力电池包都不尽相同,不仅外观五花八门,内部的电芯和结构,以及技术参数也都五花八门。这种散乱的局面,对电池的批量回收利用是非常不利的。我们刚才已经说到“一致性”的问题,电池包对电芯有“一致性”的要求,那么储能站等设备对梯次利用的电池包当然也有“一致性”的标准,否则同样会存在安全隐患。
有人又提出将回收的电池包PACK拆解,检测内部电芯的质量状况,然后将可用电芯重新打包……稍有经济常识的朋友就能看出,这种手工作坊式的流程完全无法适配大规模流水线式的工业化流程。而没有规模和量,成本就会居高不下,而回收电芯做梯次利用本身就是看中其相对低的成本和规模化效应。
比如刚刚中国电塔公开宣布和众多新能源车企进行动力电池回收后利用的合作,能负担的成本每瓦时不超过7毛钱,也就是目前新电池的一半到三分之一的价格。如果采用手工作坊式的回收,成本达到或接近新电池的价格,那何不去批采新电池?更方便,更经济,更有效率,更便于后期的维护管理。

别以为这是臆想,我们身边就有活生生的例子。我们给汽油车换机油,放出来的旧机油会有专门的公司来收购。那种运走做假机油的不说,就说正规的使用是给建筑工地在施工时做辅料。但是我问过几个搞施工的朋友,他们说自己工地上用的都是便宜的新机油,因为那种回收的机油价格比有些全新的机油还贵,而且供货量也不稳定,所以还不如去买便宜的新机油,人家直接给送货到工地上,而且保质保量保优惠价。
所以,能够成规模、上批量还能保证低成本才是电池梯次利用的前提条件,无论是提供给前途汽车自用,还是向其它整车企业供应电池,华特电动的“标准箱”方案具有先天优势。
以上是我们关于一些电池基础知识,以及华特电池部分特点的介绍,相信大家也都有所了解。那么下面我们就给大家详细介绍一些华特电动公司的情况,以及电池“标准箱”的生产与制造环节。

华特电动的历史,以及电池“标准箱”的“前世今生”:
2010年,电动车整车事业部成立,三电系统开始研发。
2010年10月,研究三元18650圆柱电芯,并放弃此技术方案。
2011年,研究基于方形硬壳电芯的电池系统,并放弃此技术方案。
2010年-2012年,华特电动与萨博汽车公司共同研究电池“标准箱”,并提供萨博93的纯电化的技术研发和整车方案。
2013年,确定了基于软包电芯的电池“标准箱”发展路线。
2014年,适配标准电池箱技术的K50原型车参加北京车展。
2015年,华特电动的第一个电池“标准箱”试验成功。
2016年,完善“标准箱”方案,并成功适配到前途K50纯电动跑车。
2016年,前途汽车北京研发中心试验线开始小批量试生产K50车型,并进一步验证电池“标准箱”方案。
2017年,华特电动的电池“标准箱”工厂建成并投入生产。
2017年底,华特电动生产线实现量产。
电芯及电池“标准箱”的部分技术参数
电芯材质:电芯采用NCM三元锂,电池系统能量密度到达134.35Wh/kg。
软包结构:从安全性方面考虑,软包电芯压力过大时,有一个缓释的过程,优于方壳电芯的突然爆发式泄压;从轻量化方向考虑,软包电芯能量密度较高,且未来能量密度提升可能性较高;从温度一致性考虑,软包电芯厚度小于方壳电芯,散热性好,温度一致性好;由于圆柱电池寿命短,单芯容量小,成组数量大,对于BMS、热管理系统的设计挑战较大等方面,软包电芯更适用于华特电动的RESS电池系统。
电池箱机械系统:高强度、轻量化的铝合金机械结构,承担了支撑、连接与紧固等功能,有利于达成高安全、长寿命、轻量化、低能耗的目标。
粘弹性连接:电芯与电芯之间采用柔性物质隔离,既可起到压紧电芯的作用,又可吸收“呼吸效应”引起的变形(约1.8%);整个模组采用金属带组合在一起,具备合适的压紧力和柔韧度;整个模组的连接无一颗螺栓,最大限度的避免了螺接失效;标准箱通过悬置装置固定,有效吸收了路面的振动;标准箱采用柔韧性的金属带双重紧固,有效的缓冲了碰撞能量;
高强度SMC复合材料:电池标准箱的外壳材料强度与铝合金接近;比采用钢铁材质(密度7.9g/cm3)减重约40%至50%;箱体为非导电体,绝缘性能优异,绝缘电阻(浸水24小时):≥ 1.0x10的13次方Ω。
热管理系统:智能化、高效率的电池温度保护,承担了隔热、传热、散热等功能,有利于达成高安全、长寿命、高性能、低能耗的目标。
采用绝热设计理念,被动保温,构筑温度适宜的温仓:通过采用复合材料壳体、云母片、保温棉等,最大限度的减少环境与电芯之间的热交换,在零下20 度环境下,散热功率达到50W,仅为采用金属材料外壳的25%;
采用主动液冷/液热温控系统:水路系统采用了并联回路设计,保证了每个标准箱都能够得到充分的热交换,最小化电芯之间的温度差,提升了温度一致性,环境温度0-45度时系统温差小于3度,环境温度-30~55度时系统温差小于5度;-30度环境下,静置24h,热管理开启20分钟,百公里加速时间提升50%;45度环境下,静置12h,热管理开启20分钟,百公里加速时间达到最优;水室设计经过CFD优化和台架测试,性能优异;根据电芯不同的温度状态,能够智能的选择强力和经济热管理模式,优化能耗;具备先进的充电保温管理功能,为车辆的运行提前做好准备。
电气系统:承担了低压、高压电气连接等功能,助推RESS系统的高性能、高安全和长寿命。
满足高性能城市跑车超高充放电要求的高压电连接:瞬态放电承载电流可达1080A;持续放电承载电流可达450A;长时充电承载电流可达216A。满足整车IP67防护等级的高压电连接。
电池管理系统:先进性、实时化的BMS,承担检测,监控,安全防护,充电管理等职能,有利于达成高安全、长寿命、高性能、低能耗的目标。
采用分布式BMS软硬件架构:由1个主控,10个从控和1个高压模块组成;适配灵活,可满足不同串并联模组和不同的电池布置型式;可以监控每一个电池箱全寿命周期内的电池数据,为电池诊断提供高效的数据支持,提高售后灵活度;
采用主动编址/加密系统:防止未经授权认证的电池混入RESS系统中,从源头上提高了RESS系统的安全性和一致性;
采用本地和云端数据双重监控/备份机制:实时监控电池健康状态,保证电池的安全性;
采用高精度信号采集系统:电流检测精度可达0.5%,为电池的状态估算提供坚实的基础;
采用多路碰撞冗余设计:最大限度的保证了碰撞后的高压电安全性;
出色的充电适应性:匹配绝大多数规模化运营商充电桩,数量超24万。
安全与寿命
电池快充性能测试:通过倍率充电容量与循环次数试验,真正了解电池快充性能,掌握电池正常使用、过度使用和滥用的临界点,试验结果表明,1.2C充电会导致电芯寿命稍许衰减,可以认为是正常与过度使用的分界线;1.5C充电会导致电芯寿命严重衰减,可以认为是过度使用与滥用的分界线;在1.2C充电倍率,1C放电倍率工况下,循环后电池容量的保持率在97%以上。如果用在我们日常使用纯电动车的场景下,各位就放心开吧。

超大电流放电性能测试:模拟车辆BOOST模式下放电性能测试,车辆BOOST模式为5C放电,试验室采用5.5C放电工况,结果表明5.5C放电经过20000次循环后没有导致电池寿命衰减;5.5C放电经过30000次循环后会导致电池寿命衰减,可以支持驾驶员10年的使用(按每天10次,每年开车300天计算)

安全防护措施:采用五阶段防控法进行影响安全与寿命的事件防控,具备主动干预和被动防护的功能。
预防阶段:通过预防措施防止异常情况发生,或者减小异常情况发生的概率,例如夏天暴晒可能导致电芯温度过高,我们的电池箱体采用绝热设计,最小化电池与恶劣环境的热交换,有效预防这一现象的产生。
积极应对阶段:检测到异常情况的发生,采用措施积极应对,例如夏天暴晒或者充电电流过大导致电芯温度过高,此时BMS启动热管理系统降温,限制充电电流,防止温度继续上升;
遏制阶段:检测到严重情况的发生,采用措施遏制情况进一步恶化,例如电芯温度过高,且已采取的应对措施无效时,BMS控制充电机停止充电,主动断开高压回路的继电器,或高压熔断器烧毁来防止事件恶化;
局部失效阶段:所有的主动措施都失效,依靠子系统的被动防护防止危险发生,例如电芯温度过高,且已采取的应对措施无效,电芯/模组失效发生时,通过电芯和电池的泄压设计,模组的热扩散设计来进行防护;
系统失效阶段:所有的主动措施都失效,依靠整车的被动防护防止危险发生,例如电芯温度过高,且已采取的应对措施无效,RESS系统失效发生,通过标准箱设计,减小失效电池的能量量级,电池包与车体之间的热屏蔽-电池仓设计,车体的安全设计,来保护乘员舱成员的安全。
安全控制功能
电绝缘性监测:自动监测车体与电池系统间的绝缘阻值,小于一定阻值即报警,切断电源。
机械安全控制:满足抗震动性、机械冲击、碰撞、跌落、翻转等安全性要求。
环境安全控制:满足IP67防水防尘等级要求,可通过火烧、冷热循环冲击测试。
目前,华特电动电池“标准箱”的很多指标,已经高于电池安全性的国家标准数倍,看到这里,我不禁想起中国奶业标准的一个真实故事。

那是在2009年,经历了三聚氰胺事件阵痛之后的中国乳品行业为重振行业,严控乳制品质量,由卫生部牵头,对乳制品的《杀菌乳安全标准》、《灭菌乳安全标准》和《生鲜乳安全标准》,俗称三大国标进行重新制定。而这三大国标的起草者为国内两大乳制品巨头:蒙牛和伊利。
细菌数允许200万个/毫升——“这是全球最差的牛奶标准!
按照我国最新奶业安全标准,蛋白质含量由原标准中的每100克含2.95克,下降到了2.8克,远低于发达国家3.0克以上的标准;而每毫升牛奶中的菌落总数标准却由原来的50万上升到了200万,比美国、欧盟10万的标准高出20倍!
牛奶国标全世界最低?在我国现行乳业行业标准中,原奶细菌数允许最大值为200万个/毫升。“这是全球最差的牛奶标准,是世界乳业之耻!”广州市奶业协会理事长王丁棉炮轰。“这个标准是世界上最差、最低的标准,像有的大品牌的奶制品出口都退回来啦,只好出口转内销!”
低标准是为了照顾奶农?内蒙古奶协秘书长那达木德作为卫生部修改牛奶标准的专家组成员,他认为中国奶业的现状要取决于国情。他说:“我们国家72%牛奶都是散户饲养。北方绝大部分地区生产的牛奶,蛋白质含量达不到当初的2.95。这样会出现什么问题?乳品企业按照2.95国标来执行的话,这样的牛奶都要倒掉!”
同样,牛奶中的细菌总数上调,也是考虑到农民散养奶牛的环境现状:“养殖环境比较差,乳房炎的发病率也高。在这样情况下,定格200万,就能保证奶农生产合格的奶。”
而并非所有企业都愿意推出符合国家标准的“低质产品”,因此中国农垦乳业联盟发布了《中国农垦生鲜乳生产和质量标准》。新的“农垦标准”将菌落总数调整到与欧美标准一致,从每毫升200万CFU以下调整到了每毫升10万CFU以下,并将我国现行标准中没有的、反映奶牛乳房健康水平的体细胞数首次纳入进来,标准为每毫升40万个以下,高于美国的国家标准。
除了更严格的菌落总数指标、体细胞数指标,乳业联盟还对乳蛋白率做出了规定:相比2010国家生乳标准的2.8%,乳业联盟将乳蛋白率提高到3.0%,而这个指标目前已经达到了国际生鲜乳的优质标准
同时在2018年,由“三元、光明、新希望”等16家乳品企业通过中国优质乳工程验收企业,坚持采用远高于国标的标准生产奶制品

通过这个案例大家就能看到,其实所谓的各种“国标”并不是最高标准,而只是一个及格线。而这条及格线也有可能被强势的游戏参与者,出于自身利益而往下拉。因此当大家在看到某些电池企业或整车企业在宣传自家电池性能和安全性的时候,不要一看到“符合国标”就万事大吉,而是关注一下其它厂家的产品是否优于“国标”,甚至领先“国标”数倍
这次,我也参观了位于苏州高新区通安镇的华特电动生产工厂,工厂的建筑面积为1.3万平方米。采用全自动化生产线,最大年产量52万件电池“标准箱”。
为了保障电池产品的一致性,华特电动自主设计了具有自主技术优势的流水线。在该流水生产线上,36台智能机器人,5台激光焊机以及2台大功率充放电检测设备高效协同。目前,华特工厂的生产效率和生产节拍在整个行业来说是最高的,自动化程度、生产效益在国内屈指可数。

华特电动自动化生产线

铜镶铝焊接工艺
由于激光焊无法满足正、负极两种材质的同时焊接,并且实验室采用的螺接技术不适合用于量产。华特电动经过大量的试验之后,成功自主研发出铜镶铝焊接工艺。该技术的应用是华特电动成功克服电芯正负极铜转铝影响电池过流率的技术难题,极大提升了焊接效率及质量。

激光变频焊接技术
由于激光焊会导致热熔问题,固定功率的激光焊会使得焊接一致性不好,华特电动自主研发激光变频焊接技术。激光变频焊接技术是在供应商提供的固定功率的激光器上增加自行研发的设置调频软件对激光焊接的频率进行调节,从而把固定的功率调节为变频功率,从而保证热熔速度,保证焊接一致性,极大的提升了焊接质量和效率。

经华特电动自主改进的激光变频焊接工艺。

完成生产的电池“标准箱”,并且已经组合成前途K50所需要的T型结构。

总结
不知不觉当中,这篇文章已经写了将近一万两千字,或许对于不少读者来说已经过于冗长。但就是这样,还有很多有价值的信息点没有介绍。不过贪多嚼不烂,一口吃不成胖子,最重要的一些信息已经跟各位交代清楚了,以后有机会我们再对更多细节和技术信息进行沟通和交流。

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