鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2021年05月26日
鋰電:寶馬iX3如何駕馭811電池
近期,NCM811動力鋰電池成為媒體焦點。不過理由并不光彩——在接二連三的自燃事件中,811電池牽涉其中,讓人懷疑其安全性。
就在811電池風波中,一款應用這一電池的純電動汽車型公布了。這家車企毫不避諱,大方介紹它采用了寧德時代的NCM811電池,似乎根本沒有聽到風言風語。
華晨寶馬iX3采用了寧德時代NCM811電池
這個車型是iX3,來自華晨寶馬。九月十三日,這款車在沈陽華晨寶馬廠完成了首秀。第二天,華晨寶馬還展示了生產iX3動力鋰電池模組和系統的動力鋰電池中心二期,為它舉辦了開工儀式。
寶馬的淡定和信心來自哪里?
在iX3公布和動力鋰電池中心二期開工儀式間隙,《電動汽車觀察家》參觀了811電池的模組、系統產線,并和華晨寶馬動力鋰電池專家進行了交流,了解了iX3電池模組和電池包的設計、驗證和生產的細節。
iX3不是寶馬第一款采用811電池的車型,此前寶馬X1插混里程升級版、5系插混里程升級版,都采用了811電池。目前,我們還沒有看到1起寶馬采用811電池的新能源汽車起火事件。iX3再次采用811電池,也說明寶馬對這一電芯安全性的認可。
高比能的811電池,如同烈馬,寶馬到底是怎么樣駕馭它的?
寶馬第5代動力鋰電池技術
1811:高比能帶來應用難度
所謂811電池,指的是正極材料中,鎳鈷錳的配比為8:1:1的三元電池。
由于電池的能量密度和鎳的含量成正比,811電池可以帶來比較高的能量密度。
以寧德時代的NCM811電池為例,其2019年上市的NCM811/石墨體系電芯,單體能量密度超過240Wh/kg。這比磷酸鐵鋰電芯密度要高40%以上,比一般的三元電池也要高15%以上。
電池單體能量密度提升,能幫助提升電池包的能量密度,繼而提升車輛的續航里程,緩解消費者的里程焦慮。
采用811電芯之后,寶馬第5代動力鋰電池包能量密度提升,續航更長
因此,811電池很早就成為全球動力鋰電池公司攻關的方向,但是因為它的安全性問題,一再推遲其量產應用時間。LG化學、SKI原計劃2018年推出用于電動汽車的NCM811電池,但是后來推遲了。目前,國際上NCM811的方形和軟包電池,還沒有大規模的推廣。
811電池的應用難度是多個維度的。首先是電芯生產。NCM811材料受其高鎳含量、表面殘堿高、熱穩定性差等因素的制約,對正極材料生產廠家及電池公司的生產制造環境及技術水平,提出了更高的要求,限制了811電池大規模商業化。
其次,811電池的模組和電池包設計。電池的安全性是一項系統工程,由于單體性能的變化,模組、系統乃至整車,應該做出有針對性的設計,在生產過程也要提升要求。模組、系統和整車生產商能否hold住811電芯?這也是影響811電池應用的一個因素。
從近期發生的811動力鋰電池車輛起火事件看,上述挑戰并不那么容易跨越。
2寶馬:掌控電池核心技術
寶馬并不自己生產電芯,但寶馬真的懂電芯。
寶馬研究電池,至少已經超過十年。2019年十一月,為了配合寶馬的全面電動化戰略,寶馬加大了電池研究業務,啟用了在慕尼黑的全新電芯技術中心。
寶馬這個電芯技術中心是玩真的。這個電池中心里,不僅有各種實驗室,對電芯做分析研究,包括電芯幾大主材、電芯基本工藝和封裝模式;而且,這個電池中心還有一個電芯的原型生產線,能夠同時生產硬殼和軟包電芯。
寶馬電芯技術中心電芯原型生產線的涂布工藝
關于不斷涌現的新電芯技術,寶馬集團的做法是自己做一下試試,從而確定是否可以大量生產。
比如,他們就在這里做了811原型電池的生產。由于高鎳正極材料對生產環境的溫度和濕度要求極高。在涂布、切片等工位,產線上的工人有時必須穿著全身包裹的特殊制服,以防止人體干擾環境,兩個小時就得休息一次。
這樣電芯中心的存在,讓寶馬不僅了解電芯,而且了解生產的難點,在管理供應商方面得心應手。而且,這為寶馬后期做電池模組和系統,奠定了基礎。他們不僅了解電池的長處,也了解電池的短處。而模組和系統的設計,必須取長補短。
“寶馬自己要掌握核心科技,核心科技是什么?就是電芯的能力。”華晨寶馬電池專家表示。
3全方位安全設計
寶馬在應用811電池上,已經不是生手。
2019年三月,寶馬X1插電式混合動力里程升級版上市,采用了811電芯。這是全球第一個應用量產811電池的車型。后來,寶馬5系插混里程升級版也采用了811電芯。
這兩款車的電池包,是寶馬第四代動力鋰電池設計。
從iX3開始,寶馬開始應用第五代動力鋰電池技術。后續寶馬純電動汽車型i4,iNext,也將采用第五代動力鋰電池技術。
從參數看,第五代動力鋰電池做出來的電池包,有點其貌不揚:搭載總電量74千瓦時,不算很多;整包能量密度154瓦時/千克——一點都不像811電芯做出來的電池包。要了解,國內很多車企用普通三元電池,已經做出了160瓦時/千克甚至180瓦時/千克的電池包。
iX3的電池包結構圖
采用811作為第五代動力鋰電池的電芯,寶馬自然也有能量密度的考慮。但是,能量密度不是唯一、也不是第一的考慮因素,而是均衡考慮安全性、功率、能量密度等多項性能。
綜合考慮之后選出來的811電芯,寶馬必須輔之以足夠的安全設計。
華晨寶馬電池專家介紹,在動力鋰電池安全上,寶馬的理念是以全方位機制保證安全,既包括電池結構安全,也包括電子電器安全。我印象深刻的有三大方面。
第一個方面是絕緣的設計,也是貫穿電池包全流程。
在電芯層面,我們看到所有的電芯在進入模組生產線之前,會被噴涂上一種藍色絕緣材料。看上去,就和很多電池廠用的藍膜包裹相同,只是寶馬采用了噴涂方式。
到模組層面,首先電芯與電芯之間貼了一層黃色的絕緣膜,此外,還有個黑色的隔離墊。加上噴涂的藍色絕緣材料,相鄰的電芯之間,有3層間隔。
電芯上加貼黃色絕緣膜
在電池包層面,同樣也有充分的絕緣設計。這方面,華晨寶馬電池專家重要提及電池包當中諸多低壓、高壓線束、電子電器件、接插件的絕緣設計。從肉眼看,最重要的就是它們所用的線束的絕緣包皮和接插件包裹,都是很厚實的。
寶馬電池包當中,線束和電子電器件的集成設計,也防止了諸多線束可能導致的短路、過熱或者松動摩擦等隱患。
以電芯溫度采樣為例,寶馬并沒有對每一個電芯做溫度采樣,而是一個模組設置2個溫度采樣點和1個備用采樣點,然后通過算法來計算各個電芯的溫度。這種設計減少了密密麻麻的低壓線。