三元鋰電成主流？江淮iEV5電池工藝揭秘

說(shuō)到三元鋰電池，之前最廣泛應(yīng)用于乘用車(chē)的案例就是特斯拉了，而國(guó)內(nèi)的電動(dòng)汽車(chē)制造商主要力推的是的磷酸鋰鐵電池。三元鋰電池（鎳鈷錳）主要安全及熱穩(wěn)定性低（相對(duì)磷酸鐵鋰材料而言）的缺點(diǎn)，但是三元鋰電池在能量密度和單體產(chǎn)品成本方面有比較明顯優(yōu)勢(shì)。而隨著電池電量、熱量管理技術(shù)的逐步成熟，如北汽、長(zhǎng)安以及之前一直堅(jiān)持使用磷酸鐵鋰電池的比亞迪都在其最新研發(fā)的產(chǎn)品中開(kāi)始使用三元鋰電池。而地處中國(guó)內(nèi)地的江淮汽車(chē)在今年率先在其第五代純電動(dòng)汽車(chē)江淮iEV5（下稱(chēng)iEV5）上使用了18650三元鋰電池作為儲(chǔ)能單元，相信不少網(wǎng)友存在車(chē)用三元鋰電池模塊究竟是如何制造的這樣的疑問(wèn)，今天我們就走進(jìn)淮汽車(chē)為您進(jìn)行揭秘。

于今年4月在上海車(chē)展上市的江淮iEV5是國(guó)內(nèi)第一款采用18650鋰電池組件作為儲(chǔ)能單元的純電動(dòng)車(chē)型。該車(chē)具有23kWh的電池容量，廠(chǎng)商公布的最高續(xù)航里程可達(dá)240km，使用專(zhuān)用充電樁進(jìn)行直流電充電只需1小時(shí)即可充入80%的電量（220V家用電充電8小時(shí)充滿(mǎn)），完全滿(mǎn)足日常使用的需求。該車(chē)的廠(chǎng)商指導(dǎo)價(jià)格為18.08萬(wàn)元，不過(guò)從上的車(chē)主成交價(jià)格來(lái)看，北京、上海、湖北、安微等地的裸車(chē)價(jià)格均不到10萬(wàn)元，是一款性?xún)r(jià)比很高的城市短途代步用車(chē)。

●什么是三元鋰電池

目前車(chē)用動(dòng)力電池已經(jīng)經(jīng)過(guò)了最初的一次性電池（上世紀(jì)1873年，戴維森剛剛發(fā)明電動(dòng)汽車(chē)時(shí)）到鉛酸電池，再?gòu)逆嚉潆姵氐戒囯姵貫橹鞯默F(xiàn)代車(chē)用動(dòng)力電池格局。鋰電池具有每千克重量?jī)?chǔ)能多（能量密度大）以及可循環(huán)次數(shù)大的優(yōu)勢(shì)，所謂的“三元鋰電池”簡(jiǎn)單來(lái)講就是電池正極材料由三種金屬元素與鋰共同構(gòu)成的鋰電池種類(lèi)，如目前大量應(yīng)用的鎳鈷錳酸鋰電池，下面我們就首先來(lái)了解一下鋰電池的各種特性。

鉛酸電池污染大、能量密度低主要作為汽車(chē)電瓶使用，在這里我們就不做介紹了。鎳電池在單體能量密度上低于鋰電池，不過(guò)在鋰電池還未大量普及的時(shí)代，電動(dòng)車(chē)多以鎳氫或是鎳鎘電池作為儲(chǔ)能單元。在混合動(dòng)力明星車(chē)型普銳斯上就大量使用了鎳氫電池，而且普銳斯在鎳氫電池技術(shù)方面有獨(dú)到之處，廠(chǎng)家宣稱(chēng)其搭載的鎳氫電池壽命超過(guò)10年。不過(guò)我們也知道，在新一代普銳斯上也開(kāi)始搭載鋰電池了……

如果不具備豐田在電池壽命管理上的“黑科技”那么使用技術(shù)更加先進(jìn)的鋰電池就成了各個(gè)車(chē)企的最佳選擇。錳酸鋰電池目前啟辰將其應(yīng)用于晨風(fēng)之上，其應(yīng)用技術(shù)比較成熟，但是能量密度、電池循環(huán)壽命同磷酸鐵鋰電池和鎳鈷錳酸鋰電池相比都低了不少，基本同鎳氫電池相當(dāng)；而比亞迪使用的磷酸鐵鋰電池在電池循環(huán)壽命以及能量密度方面都有由于錳酸鋰電池和鎳氫電池的表現(xiàn)。

而以鎳鈷錳酸鋰電池為代表的最新一代的三元鋰電池(正極材料由三種材料構(gòu)成)，不論是電池循環(huán)次數(shù)還是最重要的每千克儲(chǔ)能數(shù)量都有了質(zhì)的提升。單純從這方面來(lái)看，三元鋰電池確實(shí)是現(xiàn)階段新能源汽車(chē)上動(dòng)力電池的最佳選擇。

鋰電池可以有多種形狀，除了18650這種金屬外殼圓柱狀電池之外，還有外殼為鋁塑材料的軟包裝形式以及方形電池種類(lèi)。其中鋁塑包裝的軟殼電池是目前應(yīng)用最為靈活的鋰電池形式，其大小、厚度都可以自由定制，而且可以多片堆疊，具有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用靈活性。

當(dāng)然，除了以上的常見(jiàn)的鋰電池制式之外，還有各大電池生產(chǎn)商為車(chē)企定制的“高階版本”鋰電池包，它們目前在新能源汽車(chē)上使用也比較多。如三星SDI為寶馬i3和i8定制的高壓鋰電池包，有著同小型鉛酸蓄電池一樣的外觀。而應(yīng)用在日產(chǎn)聆風(fēng)上產(chǎn)自AESC的鋰電池包則為片狀，起保護(hù)作用的金屬殼內(nèi)包裹的是普通軟包鋰電池。

不過(guò)三元鋰電池也有一些先天的劣勢(shì)，它相比磷酸鐵鋰電池來(lái)講更加“嬌氣”：如果工作溫度過(guò)高則會(huì)永久性地影響電池壽命，溫度太高還會(huì)起火燃燒甚至爆炸。鋰電池燃燒時(shí)釋放的高溫氣體甚至能夠直接燒穿3mm厚的鋁板，因此如何為電池提供一個(gè)安全穩(wěn)定的工作環(huán)境就成了各個(gè)廠(chǎng)家工程師們思考的問(wèn)題。比如江淮汽車(chē)早在2011年就生產(chǎn)了少量鋰電池版本的同悅第二代電動(dòng)車(chē)以驗(yàn)證電動(dòng)車(chē)搭載18650電池的可靠性，經(jīng)過(guò)四年的技術(shù)驗(yàn)證，終于在iEV5上正式將這一技術(shù)量產(chǎn)化。

●與特斯拉18650電池技術(shù)的不同

就像前面說(shuō)到的一樣，鋰電池十分嬌氣，在成百上千個(gè)鋰電池緊密排布構(gòu)成的電池組中，如果一顆電池發(fā)生短路故障之后釋放的熱量極易導(dǎo)致連鎖反應(yīng)牽連到周?chē)碾姵?。所以為了將鋰電池更加安全地放在?chē)上，工程師們想了不少辦法。以特斯拉為例，它的7000余只18650電池每只都有獨(dú)立的保險(xiǎn)絲，能在單只電池電流過(guò)大時(shí)及時(shí)斷開(kāi)與之的電路連接，并且電池組采用循環(huán)液冷設(shè)計(jì)，能夠及時(shí)帶走電池產(chǎn)生的熱量，使它們工作在一個(gè)穩(wěn)定的溫度環(huán)境之中。

普通18650電池只有正極才有安全泄壓結(jié)構(gòu)。電池發(fā)生故障時(shí)產(chǎn)生的熱量和氣體只能從一個(gè)方向排出。因此電池容易發(fā)生橫向的鼓包或是炸裂，這在排布緊密的動(dòng)力電池組件中可以說(shuō)是災(zāi)難性的結(jié)果。所以華霆?jiǎng)恿吞旖蛄ι竦墓こ處焸冊(cè)谘邪l(fā)江淮iEV系列上使用的18650鋰電池組時(shí)，比特斯拉的電池組安全策略又進(jìn)了一步：他們對(duì)單個(gè)18650電池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。增加了電池負(fù)極的泄壓機(jī)構(gòu)，在發(fā)生故障之后電池產(chǎn)生的熱量和氣體能在水平方向上有兩個(gè)通道釋放，進(jìn)而不會(huì)產(chǎn)生電池爆炸，將其對(duì)水平方向上布置的其它電池的影響降到最低。

而對(duì)整組電池的安全保障方面，江淮電動(dòng)車(chē)電池組采用的安全策略同特斯拉基本一致，不過(guò)現(xiàn)在看來(lái)江淮甚至?xí)⑽⒏呙饕恍?。二者都在單個(gè)電池與電池組之間設(shè)計(jì)了保險(xiǎn)結(jié)構(gòu)，能夠保證單個(gè)電池在電流過(guò)大時(shí)通過(guò)熔斷的方式來(lái)斷開(kāi)個(gè)別電池。特斯拉采用的是單根保險(xiǎn)絲的設(shè)計(jì)，江淮iEV系列的電池則采用了帶有彈性的榮短片設(shè)計(jì)。我們知道車(chē)輛在日常行駛中震動(dòng)一直如影隨形，江淮采用的電池負(fù)極連接物為螺旋狀的彈性熔斷片，能夠吸收更多的震動(dòng)。設(shè)計(jì)上更加高明，理論上對(duì)惡劣環(huán)境的應(yīng)對(duì)能力也更強(qiáng)，也更加適合國(guó)內(nèi)的用車(chē)環(huán)境。

●電池組揭秘

江淮汽車(chē)將iEV5的電池組件委托給了合肥日上電器生產(chǎn)。在這里，我們將揭開(kāi)iEV5三元鋰電池的神秘面紗，了解這款電池包的生產(chǎn)過(guò)程以及在技術(shù)上有著怎樣的獨(dú)到之處。

iEV5上使用的電池包容量為23kWh，比iEV4高出3.8kWh。得益于電動(dòng)機(jī)以及電池的更新?lián)Q代，使得iEV5的續(xù)航里程比前代車(chē)型高出40公里。電動(dòng)機(jī)最高功率比前代車(chē)型高出11馬力，最大扭矩則提升至215牛·米比iEV4高出45牛米。

電池包的上殼體采用質(zhì)量較輕的高分子復(fù)合材料制成，由于這個(gè)部分直接和車(chē)體底盤(pán)相連，iEV5采取的措施是將車(chē)身底部結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)化用以保護(hù)電池包，因此在結(jié)構(gòu)上不需要做加強(qiáng)。

同電池包上殼體不同，電池包的下殼體格外堅(jiān)固。整個(gè)殼體大體上由兩層鋼結(jié)構(gòu)焊接而成，外層還有塑料護(hù)板，其中高強(qiáng)度鋼材的使用比例達(dá)到了63%，整個(gè)電池包具有IP67等級(jí)的防護(hù)密封效果。

● 什么是IP67密封等級(jí)

IP（INGRESS PROTECTION）防護(hù)等級(jí)系統(tǒng)是由成立于1906年的國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）所起草，將電器依其防塵防濕特性加以分級(jí)。IP防護(hù)等級(jí)是由兩位數(shù)字所組成，第一位數(shù)字表示電器防塵、防止外物侵入的等級(jí)，由低至高分為0-6級(jí)；第二位數(shù)字表示電器防濕氣、防水侵入的密閉程度，分為0-8級(jí)，數(shù)字越大表示其防護(hù)等級(jí)越高。感興趣的朋友可以看看《百度百科》上對(duì)它的解釋。

接下來(lái)就來(lái)看看電池包的內(nèi)部，在電池包內(nèi)占用面積最大的自然是電池了，不過(guò)動(dòng)力電池最重要的還有電池管理系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)為BMS。江淮iEV5電池包的電量管理系統(tǒng)采用了華霆?jiǎng)恿Φ墓芾矸桨?，這家公司可能大家比較陌生，不過(guò)他們的技術(shù)負(fù)責(zé)人曾在硅谷工作，參與了特斯拉Roadster的研發(fā)工作，并于2009年，也就是Roadster發(fā)布之前回國(guó)創(chuàng)業(yè)。那時(shí)，特斯拉的專(zhuān)利技術(shù)還未公開(kāi)，華霆?jiǎng)恿?chē)用電池包的研發(fā)過(guò)程中采用了與特斯拉不同的設(shè)計(jì)理念，在技術(shù)上規(guī)避開(kāi)了特斯拉的專(zhuān)利壁壘，開(kāi)發(fā)出了適合中國(guó)市場(chǎng)環(huán)境的電池技術(shù)。

iEV5的電池管理系統(tǒng)可以讓電池包在長(zhǎng)壽命充電模式和長(zhǎng)里程充電模式下工作，這是它的最大特色，在長(zhǎng)壽命模式下，電池充電和使用都被嚴(yán)格控制在對(duì)電池壽命最優(yōu)的模式之下，不會(huì)過(guò)度充電也不會(huì)被過(guò)度放電。而在長(zhǎng)里程充電模式下，電池會(huì)被以接近飽和容量的電量進(jìn)行充電，盡可能多的塞進(jìn)更多能量以供車(chē)輛行駛更多里程。

具體到單節(jié)電池上，這些18650電池由天津力神電池提供。這個(gè)廠(chǎng)家之前為摩托羅拉、三星等知名廠(chǎng)商代工生產(chǎn)鋰電池的經(jīng)驗(yàn)。iEV5電池包所采用的鋰電池單個(gè)電池容量為2200mAh，相比特斯拉上使用的松下3200mAh的電池在容量上要小近1/3，在電池單體容量方面，iEV5的電池包還有提升空間。不過(guò)容量方面的犧牲換來(lái)的是產(chǎn)品可靠性與一致性的提升，因?yàn)樾枰笠?guī)模使用18650鋰電池，如果單顆電池出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，容易引起整個(gè)電池包的質(zhì)量穩(wěn)定性下降。因此在車(chē)用鋰電池領(lǐng)域，穩(wěn)定性和產(chǎn)品一致性的要求高過(guò)電池容量。

電池組的焊接全部經(jīng)由機(jī)器自動(dòng)完成，工人只負(fù)責(zé)“裝料”以及檢查焊接質(zhì)量。上圖為電池負(fù)極的超聲波焊接工序，由于負(fù)極材料為具有保險(xiǎn)絲功能的熔斷片，高溫會(huì)使其融化。因此不能使用高溫的電阻焊方式進(jìn)行焊接，只能使用焊接產(chǎn)熱更少的超聲波焊接。圖中左上方的顯示屏即為焊點(diǎn)實(shí)時(shí)放大圖像，用于及時(shí)監(jiān)控和判斷是否存在焊接質(zhì)量問(wèn)題。

江淮iEV5的電池包共使用2944顆18650電池，構(gòu)成方式為：每32顆18650電池并聯(lián)成一個(gè)電池包中最基本的單元，而整個(gè)電池包由92個(gè)這樣的電池單元串聯(lián)而成。

大量的鋰電池密集排布會(huì)帶來(lái)一個(gè)溫度控制的問(wèn)題，鋰電池，尤其是三元鋰電池對(duì)工作溫度要求較高，在工作時(shí)需要一個(gè)穩(wěn)定的溫度環(huán)境。特斯拉由于電池經(jīng)常需要大電流工作，發(fā)熱量更高，所以在這方面采取的措施是將整個(gè)電池組包裹在冷卻液中，通過(guò)液冷的方式主動(dòng)管控電池包工作溫度。而江淮iEV5的電池包發(fā)熱量不及特斯拉，因此采用的是風(fēng)冷的方式進(jìn)行電池?zé)峁芾怼?/p>

與上一代車(chē)型采用的常溫風(fēng)冷技術(shù)不同，這代iEV5的電池包內(nèi)集成了一個(gè)專(zhuān)用的蒸發(fā)器和風(fēng)機(jī)。這個(gè)蒸發(fā)器同車(chē)載空調(diào)系統(tǒng)相連，直接調(diào)用iEV5上搭載的電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)為其工作。布置在電池包正中央的蒸發(fā)器和風(fēng)機(jī)將電池包內(nèi)的空氣帶動(dòng)循壞。氣流循環(huán)流向如圖中所示，能夠及時(shí)為每一塊電池降溫，將電池包的溫度控制在一個(gè)恒定的范圍之內(nèi)。而據(jù)江淮汽車(chē)的技術(shù)人員透露，采用液冷技術(shù)的電池包也在未來(lái)的開(kāi)發(fā)計(jì)劃之中。介于目前的空調(diào)風(fēng)冷系統(tǒng)已經(jīng)能夠保持電池包溫度恒定的情況，因此從開(kāi)發(fā)液冷電池包的信息可以推斷，未來(lái)江淮的電動(dòng)車(chē)電池容量以及電動(dòng)機(jī)功率還將有所提升。

文章總結(jié)：

三元鋰電池的優(yōu)勢(shì)在于其能量密度和電池循環(huán)次數(shù)上，從目前的技術(shù)發(fā)展來(lái)看，三元鋰電池是純電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)能單元的最優(yōu)解。之前國(guó)內(nèi)的純電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)廠(chǎng)商因?yàn)槌杀净蚴羌夹g(shù)原因沒(méi)有采用三元鋰電池作為儲(chǔ)能單元，但是現(xiàn)在我們看到不僅是江淮，北汽、長(zhǎng)安甚至是一直力推磷酸鐵鋰電池的比亞迪都開(kāi)始使用三元鋰電池了。從這次對(duì)江淮iEV5電池包生產(chǎn)過(guò)程與技術(shù)的了解來(lái)看，針對(duì)三元鋰電池的特性，需要攻克和掌握的技術(shù)問(wèn)題已經(jīng)基本得到解決；而18650電池產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和產(chǎn)品一致性也能通過(guò)向大品牌電池生產(chǎn)商采購(gòu)得到解決。在中國(guó)品牌電動(dòng)汽車(chē)生產(chǎn)領(lǐng)域限制三元鋰電池普及的最大兩個(gè)技術(shù)障礙在目前看來(lái)正在被逐漸克服，因此我們有理由相信，將會(huì)有越來(lái)越多采用三元鋰電池作為儲(chǔ)能單元的新能源車(chē)型出現(xiàn)。