鉅大LARGE | 點擊量：6090次 | 2020年04月29日
揭秘比亞迪動力鋰電池核心技術 方形鋁殼集成工藝
作為純電動汽車最核心的零部件之一，動力鋰電池對車輛的續航里程、整備質量、動力表現、操控性能等息息相關。在純電動汽車的制造成本方面，電池的占比也最高，普遍在30%以上，這導致了電動汽車較高的售價以及后期維護成本。因此，降低電池的單位成本，以及新增電池的能量密度，一直是電動汽車技術發展的重要方向。
對原本就是以電池起家的比亞迪來說，高性能電池是比亞迪的殺手锏之一。尤其是在換裝了能量密度更高、放電電壓更高、低溫性能更好的三元鋰離子電池后，比亞迪EV車型系列的核心競爭力更是得到大幅提高。
本期內容，我們將比較亞迪秦proEV500車型的電池包進行全面拆解，并解析比亞迪所掌握的電池包安全設計、熱管理設計等創新及管理技術。
方形鋁殼集成工藝
在揭開電池包的超薄非金屬上蓋，以及二氧化硅氣凝膠防火隔熱層之后，我們可以清楚地看到電池包整體的布置結構，其中最直觀可見的便是電池包的集成工藝。集成工藝在動力鋰電池的研發中非常重要，必須滿足機械防護、熱安全防護、熱管理、環境防護等全方面安全要求的前提下，追求輕量化及優化成本
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
與特斯拉所采用的圓柱型電芯方式不同，比亞迪采用了國內普及率更高的方形鋁殼，具有能量密度高，集成難度低的優勢。另外，方形的封裝工藝，也有助于縮小電芯間的縫隙，讓整體尺寸更加緊湊，而圓柱電芯必然要在電芯間留出三角形的空隙，降低了空間利用率。
鎂鋁合金材質打造的電芯殼體，與圓柱型電池所采用的不銹鋼殼體相比，更輕成本更低，有利于提高電芯的能量密度，而且制造成本也更低。而且方殼的結構可以容納更多電解液、電芯極片膨脹應力更低，電池壽命比圓柱形長2倍以上
電池模組
秦proEV500采用了比亞迪自主研發的鎳鈷錳三元電池，也就是在鈷酸鋰基礎上，經過改進，以鎳鈷錳作為電池正極材料，并合理配比鎳鈷錳的比例。在優化成本、保證安全的同時，使得電池具有容量高、熱穩定性能好、充放電壓寬等優良的電化學性能。
并且有效提高電池能量密度，達到160.9Wh/kg，結合56.4kWh的容量。實現NEDC續航里程420km，60km/h等速續航里程500km，從而有效緩解用戶在續航里程方面的憂慮。并且得益于電池組的高能量密度，有效降低汽車的電池裝載量，從而減輕汽車的自重。
電池模組的成組方式充分考慮到了散熱和輕量化的需求，采用兩側鋁制短板加彈性鋼帶捆扎的方式，自適應電池在充放電過程中的膨脹。同時多種規格的模組可以實現靈活的布局，適應不同車型的要。在車體中部盡量扁平，單層布局，新增車內高度空間。
在細節設計上，主回路連接和它信號采集的部分使用了鋁巴，在同樣導電能力的情況下，重量相比使用銅材質可以降低一半以上，而且成本也能得到控制。
不過我們發現在引出極上采用了銅排而非鋁排，這是因為鋁排的硬度較低，在高溫、高應力的情況下，鋁會發生塌縮，并且塌縮之后不易回彈，一熱一冷就會導致縫隙加大，接觸電阻上升，帶來安全隱患。
而在銅鋁不同材質的連接上，比亞迪采用了一種叫做電磁脈沖焊的技術。相關于現在常用的銅鋁直接碾壓連接或超聲波焊接技術，電磁脈沖焊的工藝難度比較大，雖然成本也會相應提高，但效果是最好的，是目前比較先進的技術。
在每一個電池極柱和極柱之間，也用激光把鋁制匯流排和極柱熔焊在一起，保證可靠性。并且在匯流排上設計有一個凹陷，用來吸收機械振動以及電擊膨脹帶來的應力。而假如是直鋁巴，隨著電池的老化膨脹，相鄰電池的極柱間距會增大，拉伸應力會影響焊點的可靠性。
在信號連接的部分，比亞迪采用了柔性電路板，相關于傳統采樣線束的方法，集成度更高，也更輕薄。假如仔細觀察，會發現柔性電路板上有細絲狀的布線，我們稱之為采樣線熔斷線。它的用途是在碰撞時，可能會擠壓采樣線束造成短路，進而引起采樣線起火，這些細絲便會在短路時由于過流而發生熔斷，從而切斷短路回路，確保整個線束的安全和電池模塊的安全。
電池管理系統
由于采用了鋰離子電池，為了保證電池始終處在一個比較合適的溫度范圍內進行工作，比亞迪為其配備了一套獨立的電池智能溫控管理系統，以確保動力鋰電池在復雜的溫度環境之下可以獲得穩定可靠的性能。這套智能溫控管理系統通過液體介質保溫和降溫，能有效保證電池溫度均一性。
在冷卻方式上，比亞迪在電池內新增了散熱回路，通過板式換熱器與空調回路相連，電池進出水和電池級耳處都布有溫度傳感器，結合電池溫度實時調節空調壓縮機的功率來控制電池進水溫度及流量，以此來控制電池溫度在適宜工作溫度。
在加熱方式上，比亞迪在電池散熱回路里串聯pTC水加熱器，通過調節水加熱器的功率，控制進水溫度及流量，以此來控制電池在冬季也能工作在適宜溫度，確保充電速度和放電動力性。
并且通過電池管理系統BMS，實時監測電池狀態，對低溫、過充、過放、過溫等進行保護，從而延長電池壽命。當溫度過低或過高時，會限制充放電功率，而當溫度嚴重過低或過高時，會禁止充放電，從而保護電池。
蛇形水冷扁管
用來冷卻以及加熱的水道管路布置在不同電池模組的底部或者側面，同時我們注意到，電池包中的水管采用了與特斯拉相同的口琴管，這種口琴管很薄，壁厚在0.8-1mm，相比于傳統的壁厚為1.6-2mm的鋁合金水管，重量上要輕不少。
比較有特色的是，秦proEV500上所采用的這種橫向彎折蛇形設計相比于特斯拉，可以說是采用了同樣的技術路線，但從工藝角度上講更難，尤其是在彎曲部分的外圈，材料內外側的拉伸率相差比較大，容易發生褶皺和裂紋，對材料以及工藝的要求非常高。
這樣做的好處也是顯而易見的，特斯拉管路是為了從側面“包住”電池，但問題是圓柱形電池與散熱管路的接觸面幾乎是一條直線，效率較差，這也是為何在最新的21700（Model3采用）電池模組中采用了整體灌膠方式，只能犧牲“重量”換“熱量”。比亞迪的管路設計與方形電池配合較好，管路完全貼在電池側壁，最大化接觸面積。
這種設計既保證了每塊電芯都能被冷卻到，同時相關于用整塊鋁板設計的冷卻水道，實現了非常好的輕量化效果。這在整個行業上屬于領先的技術，比較亞迪來說完成了一個挑戰。
組裝工藝
整個電池包在總裝的過程中，對工藝的控制非常完美。特別是在每一個水冷管的連接點，每一個接插件的連接點，每一個高壓電氣的連接點，以及結構固定的點上面基本上都有兩到三道確認。
舉個例子，一些低壓的接插件負責電池的信號采集，假如BMS系統丟失了單體電壓信號或者單體溫度信號，就不能繼續可靠地工作，也就無法完全保證電池的安全。
一般的接插件只有一個鎖扣，鎖緊之后會有鎖止聲音作為提示。而比亞迪不僅有聲音作為確認，同時還有一個副鎖扣，只有一級鎖扣接插到位時，才可以將副鎖扣閉合，兩級的鎖止設計非常到位。
另外，高壓電器的連接也是整個電池包組裝中最核心最關鍵的一點，尤其是在主回路連接的可靠性和低內阻設計上。比亞迪的電池包在主回路的長距離連接上采用了耐高溫的聚酰亞胺壓封的銅排，并且設計了很多立體彎折，從而在受到振動，或是受熱膨脹時，通過這些彎折來吸收長度的變化，防止將載荷轉移到連接螺釘上。
雖然從接觸內阻的角度來講，單螺釘的接觸內阻就滿足發熱要求。但比亞迪依然堅持用雙螺釘的設計方法，從而大幅提高可靠性。而且在螺釘的擰緊確認上，我們發現有三種顏色的色標，這意味著進行了三遍確認。第一遍為自動擰緊軸擰緊，并打上紅色標記，后兩遍為人工利用扭矩扳手復檢，分別打上黃色和白色標記。
另外，整個電池包內的大部分管線都采用了尼龍網狀編制管套，特別是與電池包殼體及內部器件接觸的管線，在保護線束，防止磨損的同時，也起到降低噪音的用途。
總結
總的來說，比亞迪秦proEV500在整個電池包的輕量化和可靠性上做了非常多的努力，并且通過改良電芯配比、優化電池管理系統以及主動熱管理技術，提高電池的能量密度，從而提高車輛的動力、操控以及續航性能。
尤其是在安全性方面的設計上，比亞迪的工程師們考慮得更是細致，從而最大程度保護用戶的行車安全。以上這些，都體現出比亞迪在電池研發領域所具有的技術優勢以及發展空間，可以說引領了行業技術發展方向。
