在買新能源車之前,很多人最操心的事情不是續航,不是性能,而是——安全。
相比于油車,新能源車自燃時的火勢蔓延速度往往更快,而且更随機:在 2021 年發生的3000 多起能源汽車火災中,有大約 40% 發生在行駛途中,35% 發生在充電階段,還有 25% 是在停車靜止的狀态下發生的。這到底是怎麽回事?
所有新能源車企都必須直面這一問題。正好,我們來到了武漢的奧特能超級工廠,來看看電池爲什麽會自燃,上汽通用汽車又是怎麽應對這些問題的?
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其實電池自燃快的原因并不複雜,就是 "熱失控"。
如果我們把電池拆開,就能看到其中布滿了密密麻麻的電芯單元,它們是組成電池的最小結構。
如果個别電芯發生故障,就可能讓局部溫度快速上升,然後把熱量傳遞給周圍的其他電芯,引發更多電芯故障,釋放更多熱量。像多米諾骨牌一樣,引發連鎖反應,越燒越猛,越燒越快 ......
這就是熱失控。
電動汽車的使用環境非常複雜。在現實世界中,能引發熱失控的誘因大緻可以分爲三類:
機械濫用:比如,碰撞、擠壓等物理損傷;
電濫用:也就是過度充電、放電等電路問題;
還有熱濫用:也就是電池溫度太高,過熱,所導緻的熱失控問題。
要提升新能源汽車的安全性,預防電池自燃,也就是從這三個方面下手。
現在我們看到的,就是上汽通用汽車奧特能智電平台生産的,智電大五座 SUV 别克 ELECTRA E5使用的電池包。它由 8 組電池模組組成,每份模組内又容納有 12 顆電芯單元。
要保護這麽多電芯的安全,避免碰撞、擠壓等 " 機械濫用 " 導緻電池失控,那最直觀高效的方法就是:包一層最強悍的外殼。
強悍到在滿電狀态下,受到 3 倍于國标的擠壓力,也沒有異常;
從 2 倍于國标要求的高度跌落,也安然無恙;
在針刺試驗中,也能保證電池包無明火、不爆炸、無熱失控。
這塊外殼之所以這麽強,是因爲它采用了高強度的井字形結構,橫梁和側邊防護梁都選用了 1500MPa 的超高強度鋼,并以激光焊接工藝連接,這能讓電池經受各種高強度的機械碰撞,讓奧特能電池包的實際表現明顯超出國标要求。
這意味着,哪怕車輛經受了比一般情況更爲嚴重的機械損傷,奧特能電池包依然能有效控制熱失控的風險,避免自燃發生。
碰撞、擠壓等問題,主要來源于外部環境。而 " 電濫用 ",也就是電池過充、過放所導緻的熱失控,就跟外殼無關了。
要管理好這麽多顆電芯,防止内部出問題,需要的是另一套系統:BMS,也就是 "電池管理系統"。它負責通過溫度傳感器和電流傳感器,随時監測、評估并管理每一顆電芯的充放電過程。
其實現在幾乎每一輛新能源汽車都配備了 BMS。你現在看到的,就是奧特能平台的wBMS 系統。
它的特别之處在于:大多數 BMS 系統,是通過有線連接傳輸數據的;而奧特能平台的 wBMS 系統,是通過這樣的無線射頻模塊來實時傳輸信号的。
無線方案有什麽好處呢?
它一方面能大幅降低線材老化可能帶來的故障風險;另一方面,它還簡化了電池裝配的流程,提高了電池包生産的質量和效率,讓 BMS 系統更加可靠。
除此之外,奧特能平台還給本地的電池管理系統,接入了一套雲端的 "電池健康智能監測系統",這樣就能基于電池的全生命周期數據,24 小時全天候綜合評估電池的健康狀态,給出更長遠的風險管理建議。
再看一下導緻 " 熱失控 " 的三大類原因,其中最直接的,就是電池的溫度過高。
但其實溫度太低也不行,因爲電池會罷工擺爛,這也是很多手機在冬天會被凍關機,很多車在冬季的續航會下降的原因。
而解決這些問題的方案,是 "熱管理系統"。
奧特能平台的熱管理系統叫做的 BEV HEAT 高效綜合熱管理系統,它負責給電池提供适宜的工作溫度。具體來說,就是管理汽車中的各類發熱與散熱裝置,将它們連接成各種熱回路,溫度高時開空調制冷,溫度低的時候接加熱器升溫,動态調節電池溫度,避免電池過熱或者躺平。
除了給電池降溫,避免電池過熱,提升安全性以外,BEV HEAT 還能根據電池的實際溫度、環境溫度,以及車内的空調需求,智能分配能量,平衡能耗續航、電芯壽命、電池安全、以及駕乘的舒适性。
在預防熱失控方面,奧特能已經做了很多措施。但所有的安全問題,都不能隻考慮 " 預防 ",還要考慮萬一出問題後要如何應對。假如真的有一個電芯出問題了,怎麽辦呢?
還記得之前的針刺試驗嗎?在針刺試驗中,電芯顯然被破壞了,但熱量并沒有擴散。
這是因爲奧特能電池包在電芯和電芯之間,設計了航天級的氣凝膠隔熱材料,能隔絕熱量傳遞,切斷熱失控的傳遞鏈條。
同時還做了防爆閥與快速排氣通道的設計,這是爲了快速平衡電池内外的壓強,避免爆炸。
此外,電池包内還使用了特種絕緣材料來保護高壓元器件,這是爲了防止空氣電離引發電弧,避免次生災害。
這些設計的目标,就是應急,是要做到即使個别電芯發生爆燃,引發熱失控,也能很快被控制住,不至于産生快速、不可控的後果。
當然了,完成這些設計隻是第一步。因爲 " 安全不僅僅需要被設計出來 ",更關鍵的是,它還需要 "被制造" 出來,而這就要工廠的技術實力足夠硬才行。現在,就讓我們一起來看看這間奧特能電池車間裏,究竟都有哪些硬核技術:
大家看到這個機械臂了嗎?它主要負責把一個個模組裝到電池包裏面。我們可以在這裏看到這樣兩個攝像頭,它可以像人眼一樣生成 3D 視覺信号,實現高精度的空間定位。同時這個機械臂跟我們的手臂差不多,是能夠感知到力量大小的。通過這套系統,奧特能工藝可以把模組的安裝精度控制到 0.2mm,還可以通過視覺系統進行定位補償。
然後現在我們看到的這個大機器人,它負責的工作是給電池包塗膠、合蓋。你不要小看這個工作,因爲這項工作,直接就決定了電池最終的密閉性好不好,能不能防水防塵。在實際塗膠合蓋之前,這台機器人會先在虛拟場景中把整個過程跑上百次,不斷叠代方案,找出最佳的一套參數設置,再進行實際操作。這樣就能保證每次塗膠合蓋,都能達到足夠的精度,這整塊電池也能達到 IP67 和 IP6K9K 的防水防塵等級。
那像這樣的智能技術,在電池車間各個生産線工位上,我們還見到了很多很多:從模組安裝、擰緊,到電性能測試、合箱操作,再到冷卻系統和電池整包的洩漏測試,看得我們眼花缭亂。但所有這些,其實還隻是這座超級工廠中的一間車間。
作爲一座規模巨大的新能源汽車生産基地,上汽通用汽車武漢基地除了奧特能電池車間外,其實還有一間奧特能電驅車間,和總裝車間,那我們也參觀了一圈,發現在這兩間車間裏,還有很多很多我們前面完全沒有提到的複雜生産技術,比如高集成的模塊化電驅系統、高精度的柔性化機加工生産線、大規模可自動運輸物料的智能 AGC 小車等等等等,憑我們這一期視頻肯定是講不完了~但你肯定也能看出來,正是因爲所有這些大大小小的技術設備、工藝流程、生産設計,才最終确保了從這間工廠開出的電動車,是足夠安全、讓人放心的。
奧特能平台實際上,也确實達到了如今汽車行業電子電氣系統安全層面的最高标準—— ASIL-D 等級。
在總裝車間裏,我們還看到了剛剛新鮮出爐,剛下線的智電大五座 SUV 别克 ELECTRA E5,它就是基于奧特能智電平台打造的。那工作人員告訴我們,在過去的一個月裏,上汽通用新能源車的交付量已經達到了8000 多輛。
最後,我們試駕着别克 ELECTRA E5,順着 "上汽通用大道","雪佛蘭大道","别克大道"...... 圍着廠區轉了一圈。那從路名中就能感受到,汽車産業的地位有多重要。在新能源汽車狂飙突進的時代浪潮中,一座這樣先進而龐大的超級工廠,推動的不光是汽車,還是整座城市的科技創新和經濟發展。