到底什么樣的電池才敢稱“安全”?在純電汽車的發展過程中,電池安全問題一直是消費者的“心頭大患”。而在比亞迪刀片電池因針刺試驗爆火之后,大部分消費者在評判動力電池是否具備足夠的可靠性時,主要考慮的是電池殼體的強度,以及電芯的能量密度,卻忽視了最重要的電控系統。
近日,徒手拆過Model Y、理想ONE等熱門電動車的知乎拆車實驗室,又將“毒手”伸向了凱迪拉克LYRIQ的動力電池包。
這是一次與眾不同的硬核拆解,相較于傳統動力電池,它最大的不同之處在于,這是業內首款采用wBMS無線電池管理系統的動力電池。
2020年,通用汽車在北美發布了全新Ultium奧特能電動平臺,而上汽通用在去年9月正式將其引入國內,并在去年12月,對奧特能電池做了“針刺”、“擠壓”、“跌落”等多重試驗,最終都以遠超國標的成績完成了挑戰。
如今上汽通用能夠放心將動力電池交給第三方拆解,也是技術自信的體現。通過這次拆解,我們不僅能看到奧特能平臺在電池安全方面所做的努力,也能更直觀地了解電控系統對于電池安全的重要性。
wBMS無線電池管理系統,創新在哪里?
顧名思義,wBMS無線電池管理系統相較于目前大部分品牌所采用的傳統BMS電池管理系統,最大的區別就在于“無線”。
早期電動車的BMS管理系統在結構設計上采用的是集中式拓撲結構,即將整個電池檢測和管理都放在一個控制器,通過大量物理線束與每一塊電池模塊進行連接,這樣的設計結構簡單成本低,但是靈活性和穩定性較差。
于是,市場上研發出了分布式拓撲結構來實現模塊化管理,即將電芯分布為網格化電池模組。根據不同的電池系統串并聯設計進行高效的配置,BMS連接到模組單元之間的線束距離更短、更均勻,同時也可以支持體積更大的電池系統設計。
這是目前主流的電池管理結構,比亞迪、特斯拉、大眾MEB平臺都是這種思路,但這種結構設計本質上,還是沒有擺脫線束。
而奧特能平臺的wBMS電池管理系統就創新性地引入了無線管理系統,用無線通信技術來替代傳統的線束連接,最直觀的好處就是節省空間。官方數據顯示,wBMS無線電池管理系統為電池包節省了90%的線束,大量連接器和接插件,提供了約15%的內部空間。而這些空間可以用來安裝更多的電池模組,以提升續航里程。
相較于增加續航,更重要的一點是,由于大部分傳統電池管理系統采用的是串聯結構,通常情況下只要有一個電池模塊線束出現問題,整個電池包的管理就存在宕機的風險,且出現問題的時候排查起來相當麻煩和困難。
而wBMS是無線通訊網絡,它采用了自適應混合網絡架構,當某一組模組出現通信丟失時,將通過臨近模組代發,杜絕信號丟失,解決了傳統電池包因線束問題帶來的漏洞,極大程度提升了電池包的可靠性和穩定性。
即使有模組出現熱失控導致該模組的CMU無線通訊管理單元,周邊的CMU無線通訊管理單元也可以主動喚醒電池電池管理模塊進行急速冷卻,來保證電池包的安全性。
當然,因為得益于無線通訊網絡,一旦電池模組發生問題,系統能夠精準定位到問題模組,從而降低售后維修中模組的更換難度,提升電池的使用效率。
此外,無線通信網絡的不穩定性也成為了很多人擔心的問題,知乎拆車實驗室為此進行了三重試驗。第一重試驗,主持人將28臺手機放置于電池包上,并同時撥打電話,測試在網絡占線時BMS能否正常傳輸信號;第二重試驗,主持人將28臺手機換成了兩臺信號屏蔽器;第三重試驗,主持人則直接將電池包拉到了EMC檢測機構進行零件輻射抗干擾測試。
三項測試都顯示,wBMS無線電池管理系統在任何情況下,都能準確實時地傳輸信號。
而之所以能實現這樣強大的抗干擾能力,是因為wBMS無線電池管理系統在每一個電池模組中安裝了信號發射器,并且采用自適應混合網絡架構,內置了15路信道保證信號傳輸,112dB射頻鏈路預算,來保證wBMS無線電池系統超強的抗干擾能力。
除了防干擾測試,知乎還對它進行了輻射測試,測試結果表明,這塊LYRIQ上的奧特能電池包的輻射與手機、筆記本等常用數碼產品的輻射相差無幾。
奧特能平臺,能給上汽通用帶來什么?
安全是奧特能平臺給上汽通用電動化產品最重要的承諾。可以說,wBMS電池管理系統只是讓電池內部管理盡然有序,專屬的電芯配方、遠超國標的電池開發和試驗標準、核心電池熱管理技術以及強大的電池物理防護架構,才是奧特能平臺能滿足ASIL-D系統安全標準最高等級的原因之一。
首先,上汽通用并沒有直接從供應商處采購電池,而是聯合本土供應商,在811 NCM基礎配方上研發出奧特能平臺的專屬優化配方。比如,奧特能電池電芯的正極,采用了高能量密度811三元,加上納米級包覆和定向摻雜過渡金屬原子,使得現在的電池包在811NCM的基礎上熱穩定性提升了10%。
同時,奧特能平臺電池還采用了全方位熱擴散防護設計,集成電芯間隔熱墻、抑制熱擴散專利設計、模組集成式液冷系統、后置大面積防爆閥、乘客艙保護、防拉弧設計、實時智能監控系統七重核心電熱管理專利技術,確保了奧特能電池的安全性。
而這些努力,都在主持人將LYRIQ電池包從5米高空垂直投擲,與直徑25.5cm的剛性圓柱對撞時,得到了證實。雖然最終碰撞區域發生了形變,但電池包并沒有出現任何熱失控現象。
這其中,電池包強大物理防護能力功不可沒。資料顯示,奧特能平臺電池包擁有全新一代高強度電池殼體,采用了井字形框架結構,其中超高強度鋼應用占比37.5%,高強度鋼應用占比約61%,當中的包內多根橫梁強度高達1500Mpa,這也使得整包抗擠壓性能達國標要求的3倍。
安全是基礎,之后才能普及。得益于wBMS無線電池管理系統的靈活性,具備無線傳輸能力的模組可以作為獨立的靈活控制單元,組成移動的儲能及供電裝置,快速實現更有價值的模組梯次利用。目前中國市場初期會采用8模組、10模組和12模組三種組合。
不同的電池模組,搭配奧特能平臺3款高集成的模塊化電驅、4種驅動形式,上汽通用預計會在國內推出7種電池和驅動組合,滿足不同加速性能和續航里程的產品需求。
同一個平臺,根據不同市場也可以有不同的玩法,比如國內的凱迪拉克LYRIQ和海外的電動悍馬。根據上汽通用規劃,到2025年將推出10款以上基于奧特能電動車平臺打造的國產新能源車型,將覆蓋旗下通用、凱迪拉克、雪佛蘭三大品牌以及各大主流細分市場。
眾所周知,未來汽車市場的競爭主要集中在電動化、智能化兩方面,而電動化的競爭其實也是技術之爭,上汽通用奧特能平臺通過創新的wBMS無線電池管理系統,形成了獨有的技術優勢,足以讓其在電動化領域脫穎而出。
結語
新能源時代,很多新興品牌都已經借著智能化東風,搶了先機。所以在電動化轉型的浪潮里,合資品牌看起來一直是不緊不慢的。
就在去年,通用、大眾、豐田等傳統車企都紛紛宣布轉型電動化,并亮出各自的獨門秘籍。不難發現,相較于那些已經在市場上名聲大噪的新興品牌來說,他們的“出牌”雖然依然略顯保守。
可眾所周知,如果不能徹底解決大眾對于動力電池安全性的隱憂,再好的營銷/再先進的營銷都不能長久支撐品牌發展。正是像傳統車企這樣穩扎穩打、安全至上的品牌風格,才更容易讓人信賴。
上汽通用的奧特能平臺不僅安全方面做到極致,在結構、性能、智能等方面也是絕對的行業翹楚。隨著今年首款量產車型凱迪拉克LYRIQ即將交付,奧特能平臺也將正式接受考驗,屆時上汽通用電動化轉型才算是正式落地。
來源:第一電動網
作者:華山論劍V
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