起底電池大王比亞迪 搭載50萬輛的祕密 火燒針刺碰撞過充不炸不燃

2018年被稱為新能源汽車的元年，在這一年，燃油車的銷量出現前所未有斷崖式下降，很多的車企有大量汽車庫存，但是新能源車的銷量卻一路高歌呈現出指數級增長。截止到目前，已經有超過50萬輛電動車搭載了比亞迪動力電池，涵了蓋乘用車、商用車和專用車領域。

隨著電池技術的成熟、能量密度的提高、整車價格的下降，新能源汽車正在爭奪燃油車的市場。這很容易讓人聯想到100年前那場電動車和燃油車的爭端。

100年前的"油電之爭"

100多年前，福特T型車售價850美元，而維多利亞電動車賣到2000美元，電池和電機的高成本使得電動車的價格居高不下。為了開拓電動車的市場，生產出維多利亞電動車的奧利佛藉著電動車在美國誕生20週年的機會，在報紙上招募了一場挑戰活動"丹佛至紐約的電動車越野耐力挑戰賽"。尷尬的是除了奧利佛沒有人報名，最終奧利佛耗時29天，駕駛他的電動車完成了這場"一個人的比賽"。此次比賽全程2800公里，奧利佛的電動車卻沒有出現什麼質量問題順利完賽，因此奧利佛名聲大噪，電動車也得到了蓬勃發展。

緊接著福特T型車開始了流水線生產，並將價格壓低至260美元；福無雙至，禍不單行，石油採煉技術和內燃機性能的大提升，使得電動車速度及續航的問題越來越明顯。在價格高和續航差的雙重衝擊下，20世紀30年代，電動車終於退出了歷史舞臺。

100年後的歷史"重演"

回到當代，石油資源嚴重短缺，環境汙染日益嚴重，此刻的電池技術也有了較大發展，因此電動車重新被推上了歷史舞臺，燃油車和電動車又將掀起一場爭端，歷史總是驚人的相似，只不過這一次電動車扮演的是攻擂者。

在電動車的道路上投入最早的是比亞迪，1995年比亞迪公司成立，開始從事手機電池的生產，從2005年起，比亞迪開始從事電動車鋰電池的開發，經過15年的技術經驗積累，比亞迪已經成為新能源汽車的龍頭，比亞迪的電池一直在業界內具有很高的認可度。

比亞迪動力電池選擇

眾所周知，比亞迪動力電池主要研究磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。磷酸鐵鋰電池在安全性和循環壽命上相對於三元鋰電池有絕對優勢。磷酸鐵鋰電池不含任何貴金屬，而且生產正極材料的主要原料氧化鐵、碳酸鋰在中國儲量非常豐富。比亞迪已經掌握了磷酸鐵鋰電池全球最高端的技術和工藝。

面對市場需求，比亞迪也投入到三元鋰電池的研發中，由於三元鋰電池含有兩種貴金屬鈷和鎳，所以三元鋰電池的價格是要遠遠高於磷酸鐵鋰電池的，憑藉其較高的能量密度，滿足目前電動車追求續航的現狀，所以三元鋰電池很快就佔據了電動車的市場。

憑藉比亞迪電池技術的積累，短期內比亞迪就將三元鋰電池做到了市場的前列。磷酸鐵鋰電池主要應用在電動客車等商用車上。比亞迪並不會終止磷酸鐵鋰電池的研發，因為三元鋰電池國內技術與國際上還有差距，而且隨著電動車的普及，貴金屬的消耗加劇，三元鋰電池的成本可能還會增加，磷酸鐵鋰電池還有很大潛力。

動力電池的全產業鏈佈局

比亞迪的動力電池具有完整的全產業鏈，包括從原材料採集到電芯的設計、模組跟PACK的研發和製造、BMS的製造以及後期電池的梯次利用與回收。

決定電池包能量密度最大的一個因素就是材料，比亞迪有大量的博士和工程師投入到原材料的開發與研究方面，每年銷售額的7%投入到研發中，由於重視產品的研發和高投入，比亞迪在電池方面授權的專利就有1000多項。電池貴金屬元素受市場影響，價格波動起伏會較大，比亞迪在動力電池的上游原材料方面有深入佈局，例如鋰和鈷，用於穩定原材料的價格。

電池包的設計思路

針對市場上出現的三種電池：軟包電池、硬殼方形電池還有圓柱形電池，比亞迪通過分析對比最終選擇了硬殼方形電池。主要有三個方面的考慮：

第一，雖然說軟包電池單體的能量密度可以做的比方形高，但是整個電池系統要有熱管理模塊給電池進行加熱和製冷。而軟包電池的熱管理模塊比硬殼方形要複雜，綜合分析比較，成組軟包電池的能量密度要遠遠低於硬殼方形電池。

第二個原因，由於高能量密度材料的應用，軟包電池的安全性不可控，因為軟包電池是靠兩層聚合物粘貼在一起實現密封的；而硬殼方形電池是通過一個金屬鋁的焊接實現密封的。所以在密封性方面，硬殼方形電池要強於軟包電池。

第三個原因，當出現熱失控的時候，軟包電池是沒有辦法實現定向的排氣、排煙、排火的。但是硬殼方形電池是可以定向的設計一些特定的排氣、排火通道。可以保證即使某個單體失控了，可以通過排火通道釋放掉單體的能量，因為單體間有隔熱防火材料，所以其他的單體不受影響，整個系統也是安全的。

如果要滿足整車電力需求，圓柱形電池需要的數量會特別的多，滿足四五百公里的續航要求就要有6000-10000個電池。由於需求數量太多，所以在熱安全方面它要做單體隔離和防護難度遠遠大於硬殼方形。

所以一向以安全與技術著稱的比亞迪最終選擇了硬殼方形電池，給消費者帶來電動車的美妙駕駛感受同時，還時刻關注著消費者的安全。

模組與PACK深耕

在模組與PACK方面的設計，比亞迪是強調CTM（電芯組成模組後的有效利用值）和CTP（電芯組成PACK後的有效利用值），因為整個電池包系統有很多的功能，但是真正能夠對汽車提供續航里程的是它最核心的電芯部分，其他的輔助功能部件可以通過設計優化達到精簡的目的。比亞迪現在CTM可以做到94%，成本降低14%，減重減成本效果顯著。通過一些高強度的鋁合金、鎂鋁材料、碳纖維的應用，使得CTP可以做到80%，對能量密度的提升有很大的幫助。

此外電池包採用的是扁平化的模組設計，單層模組設計比多層模組散熱性能好，葉輪管和熱交換器的佈置也相對比較容易。相對於多層模組，單層模組的重心更低，抗震能力會更強，振動時整個模態相對較高。Z方向上的高度較小，不會去壓縮車內的乘坐空間，電池的離地間隙也會相對較大，可以保證整車有較好的通過性。

鋁託板的邊框用的是高強度鋁合金，並且裡面有蜂窩結構的應用，如果發生碰撞或者受到擠壓的時候，它可以潰散吸收能量，作為緩衝區間，保護內部的電池不受影響。

重中之重-電池安全

比亞迪的新能源市場保有量很大，公司如果要持續發展下去做好電動車，安全問題必須被放在首要位置。在比亞迪內部，電池安全是被定義為最高級別的，不允許出現任何安全問題。

比亞迪從7個維度，4個層次考慮電池的安全，在每個維度跟層級都有對應的防護措施。從四個層次單體、模組到電池包、系統，七個維度可靠連接、高壓防護、碰撞、過充、短路和熱失控，全方位有效的保護電池安全。

拿過充防護來講，比亞迪有多個層級防護：首先是精準探測電池的電壓，時時檢測電池的狀態。第二個層級就是BMS分級保護，充到不同的電壓有不同的措施，通過限流措施保護和切斷繼電器措施保護來控制充電的狀態。如果這兩級都失效之後，就是第三層保護——CID裝置，這是一個純硬件的保護裝置是比亞迪的專利技術，如果當前面的電路防護都失效之後，電池繼續過充，電池過充導致電池內部壓力增高，CID是在單體上設計一個翻轉片，利用高壓讓反轉片翻轉來斷開電路，因為電池包的電池單體是串聯的，只要有一節斷開，整個迴路就斷電了，就會防止電池過充。

如果連CID裝置也失效，還有熱失控預警，會提醒乘客汽車電池出現緊急問題，為乘客預留出足夠的逃生時間。同時在電池模組的外面佈置了隔熱材料包括航天用的耐高溫防火材料，可以做到即使有單體洩露，電池外部也看不到火；同時還配備有吸熱材料，讓電池的高溫不會立刻傳到車內，保證乘客安全。

對於電池包來說最危險的就是來自於底部的剮蹭了，因為電池包佈置在車底的中間位置，前後左右都有來自於車身大梁的保護，下部是沒有任何車身保護，而且離地間隙有限，很容易發生底部剮蹭事故，比亞迪應對這種情況在電池包底部做了一個雙層防護板，這樣做的好處是：一方面保證在發生碰撞時候可以潰縮吸能，即使在下層破裂的情況下還有上層的鋁板保護電池的安全；另一方面是同樣厚度的鋁板如果做成兩層中間留有空隙要比同樣厚度單層鋁板能承受更大的外界作用力。

電池的安全管家--BMS

電池管理系統BMS分為四個層級：第一個層級是對電池單體進行管理，對電池的信息採集首先要準確，要有足夠的精度和合適的頻率；第二個層級是要給整車提供電池所處的狀態信息，電池剩餘多少電量，可以放出多少的功率，實時預估當前溫度下的可用容量；第三個層級是功能安全，包括軟件的功能安全和硬件的功能安全；第四個層級是建立有後臺的雲數據庫，在未來會加入AI的算法，更智能的來管理電池。可以根據整車傳感器來獲取整車所處的狀態，例如消費者剛好在山頂充電，通過海拔傳感器，汽車就控制充電電壓不能充滿，如果剛好充滿電，下山就啟動回饋充電，電池就會過充並損壞電池。

"技術宅"的俠骨柔情

對於新能源汽車來說，最重要的部分是動力電池，比亞迪的動力電池無論能量密度還是電池管理都做到了行業的前列，一心主攻技術的比亞迪被業界公認為"技術宅"。對於"技術宅"比亞迪來說，除了要保證充沛動力和操控性能外，更注重的是消費者的用車安全。新能源汽車的功能也是作為代步工具，代步功能實現的前提是安全。比亞迪的設計思路一直都是做消費者放心的產品，從電池單體選型、電池包保護、過充保護等方面能看到比亞迪一直在用心做能保證消費者安全的高性能產品，看到的是用心產品，感受到的是比亞迪的俠骨柔情。