電動(dòng)車自燃之頻繁,已經(jīng)到了上不了新聞?lì)^條的程度,當(dāng)大家習(xí)以為常,也就見怪不怪。
說來奇怪的是,燃油車也會(huì)自燃,頻率又不在電動(dòng)車之下,但偏偏人們對(duì)鋰電池要比對(duì)汽油更加望而生畏。一方面,二者確實(shí)特性迥異,另一方面,人們熟悉汽油,卻不熟悉鋰電池——至少不熟悉這么一塊體積容量巨大的鋰電池整天放在自己屁股下邊。
一切恐懼源于未知,這是寫在人類基因里的。電動(dòng)車下面到底是個(gè)怎樣的世界?電池包裹是怎么從零到有?對(duì)于電動(dòng)車企業(yè),電池部分往往是重中之重的機(jī)密所在,不過幸運(yùn)的是,我們這次有機(jī)會(huì)進(jìn)入上汽通用位于上海金橋的電池生產(chǎn)線。一塊塊鋰電池如何組成一輛汽車的動(dòng)力之源,在這里可以一窺整個(gè)流程。
首先,電池包的基礎(chǔ)個(gè)體,是許許多多個(gè)電芯。電芯按照形態(tài)的不同,可以分為軟包、圓柱、方殼等類型。單個(gè)電芯的生產(chǎn)說復(fù)雜復(fù)雜,說簡(jiǎn)單也簡(jiǎn)單。以上汽通用目前使用的軟包電芯為例,先是將用作電極的漿料涂覆在銅或鋁箔上(術(shù)語(yǔ)叫涂布),完成涂布后經(jīng)切割和烘干成為極片,將多個(gè)極片層疊(疊片)后封裝在鋁塑膜中,留出極耳,注入電解液,大體上電芯就成形了。
不過通常來講,整車制造商并不會(huì)自己去生產(chǎn)電芯,而是由 LG、松下、寧德時(shí)代這樣的專業(yè)供應(yīng)商生產(chǎn)。對(duì)于整車廠,關(guān)于電芯的主要任務(wù)是合作研發(fā)和測(cè)試。他們需要找到最適合自己車型的規(guī)格和標(biāo)準(zhǔn),然后去和電芯供應(yīng)商對(duì)接生產(chǎn)工作,以及對(duì)采購(gòu)電芯做各項(xiàng)相關(guān)測(cè)試,保證它們達(dá)到了相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn),并為下一步探索未來發(fā)展做準(zhǔn)備。
當(dāng)供應(yīng)商將電芯運(yùn)送到電池工廠,整車廠作為“客戶”首先需要對(duì)電芯做逐一監(jiān)測(cè),避免因生產(chǎn)或運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的瑕疵或者故障電芯。電芯通過檢測(cè)就可以被送入生產(chǎn)流水線。
上汽通用的電池工廠目前規(guī)模不算太大,廠房區(qū)域只占整個(gè)金橋工廠的 1/5 左右。這里主要生產(chǎn)微藍(lán) 6 插電混動(dòng)(Velite 6 PHEV)和微藍(lán) 7(Velite 7)純電動(dòng)車兩款車型的電池包,而因?yàn)檫@兩款車上市都沒多久,暫時(shí)還不需要占用太多生產(chǎn)力。由于微藍(lán) 6 和微藍(lán) 7 電池包內(nèi)使用的電芯不同,需要在兩片不同的區(qū)域進(jìn)行組裝生產(chǎn)。
微藍(lán) 6 PHEV 是一款標(biāo)準(zhǔn)的插電式混合動(dòng)力車型。其實(shí)在 2019 年,上汽通用別克品牌就推出了純電版的微藍(lán) 6,一年過后又增加了插電混動(dòng)版本。但其實(shí),微藍(lán) 6 在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方面更適合插混動(dòng)力,這表現(xiàn)在早期的純電版微藍(lán) 6 只有 301km 的綜合工況續(xù)航(后期版增加到 401km),其實(shí)原因就在于插混才是它的最適動(dòng)力。
微藍(lán) 6 PHEV 在前機(jī)艙中布置了一臺(tái) 1.5L 阿特金森循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī),后備箱下方是 9.5kWh 鋰電池組,提供約 60km 的純電續(xù)航里程。
作為一款插混車型,微藍(lán) 6 與 2017 年上汽通用首款國(guó)產(chǎn)混動(dòng) Velite 5 使用了類似的電池結(jié)構(gòu)。只不過 Velite 5 是一款增程混動(dòng)車型,所以電池包要比微藍(lán) 6 PHEV 大一些,占據(jù)了中央通道和后座下方的 T 字體空間。而微藍(lán) 6 作為插混車型電池容量更小,只需后備箱下方就足以安置,給車內(nèi)留出了更多可用空間。在微藍(lán) 6 的電池包中,也使用了 Velite 5 頗具上汽通用特色的片層式液冷板。
(Velite 5 增程混動(dòng)車,可見 T 型電池包)
微藍(lán) 6 電池包內(nèi)只有兩個(gè)模組。模組是由單個(gè)電芯組成,通常一套電池包系統(tǒng)內(nèi)會(huì)包含多個(gè)模組,一方面方便電池管理系統(tǒng)調(diào)配電量,另一方面也是增加分隔增加安全性。微藍(lán) 6 電池包的每個(gè)模組由 20 多塊軟包電芯組成,這些電芯兩兩之間,夾著泡棉和液冷板,即每塊電芯都擁有單獨(dú)為之冷卻(或加溫)的液路。
(微藍(lán) 6 插混版電池包)
(打開罩蓋后的樣子)
(單個(gè)模組)
(數(shù)塊電芯組成模組中的一部分)
(徹底分開,電芯、框架、液冷板)
片層式水冷板夾在每?jī)蓧K電芯中間,水冷板上均勻分布著毛細(xì)管路,冷卻液由外圍框架兩側(cè)的密封通道流通,最終使得每塊電芯都能擁有很大的熱交換面積,確保對(duì)于電芯的冷卻或升溫效果。這種片層式冷卻方式最早出現(xiàn)在 Velite 5 上,如今又被插混版微藍(lán) 6 應(yīng)用,已經(jīng)成了上汽通用新能源車的特色。
(水冷板中的毛細(xì)管路)
上汽通用真正意義上的主力純電動(dòng)車微藍(lán) 7,在 2020 年終于來到中國(guó)市場(chǎng)。與混動(dòng)車相比,純電動(dòng)的微藍(lán) 7 顯然需要大得多的電池包,使用的電芯形狀也與微藍(lán) 6 混動(dòng)不同,更為細(xì)長(zhǎng)的形狀更適合平鋪于車底,盡可能減小對(duì)整車高度的影響。
(雙電芯單元的各個(gè)組成部件)
在微藍(lán) 7 上,單個(gè)電芯會(huì)首先兩兩成組,由外圍框架和金屬外殼固定。這樣一個(gè)雙電芯單元,再以若干個(gè)合并為一個(gè)模組,整個(gè)電池包由 5 個(gè)模組組成,外圍則是高強(qiáng)度鋼材外殼。
混動(dòng)的微藍(lán) 6 使用獨(dú)特的片層式水冷板,微藍(lán) 7 則和很多純電動(dòng)車一樣,選擇了電池包底部水冷通道散熱。因?yàn)殡娦臼莾蓚€(gè)一組垂直布置,雙電芯單元外有金屬外殼,所以實(shí)質(zhì)上底部冷卻板是先冷卻金屬外殼,再由金屬外殼傳熱冷卻電芯。這樣的冷卻方式,相當(dāng)于在雙電芯單元的四個(gè)面都產(chǎn)生冷卻效果,從而避免了冷卻板在下直接冷卻電芯可能的上下散熱不均勻。
(雙電芯單元)
(紅白標(biāo)示貼下方是水冷板)
(整個(gè)微藍(lán) 7 電池包)
上汽通用這兩條電池包生產(chǎn)線,負(fù)責(zé)為所有微藍(lán) 6 PHEV 和微藍(lán) 7 純電動(dòng) SUV 供應(yīng)電池包,但員工總數(shù)卻很少,加一起不過 30 多名員工。高度的自動(dòng)化機(jī)械臂占據(jù)了絕大多數(shù)工序,像電芯單元的組裝、電芯極耳的裁剪彎折焊接、多個(gè)單元組合在一起(堆垛),都是由自動(dòng)化機(jī)器人完成,再由流水線送至下一工序。人工負(fù)責(zé)的僅有管線布置、最后封裝等個(gè)別工序,以及系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)時(shí)的排查工作。
電池是電動(dòng)車的最核心部分,也是技術(shù)密度最高、最能體現(xiàn)出廠商功底的部分,但其實(shí)它們的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜、原理并不難理解、也并存在什么魔法。用粗淺的眼光去看,無非是電解液+電極組成的單個(gè)電芯,以某種組合方式堆疊在一起,再輔以冷卻系統(tǒng)和控制元件,既不值得為之稱奇,也沒必要無故恐懼。
而當(dāng)你了解了電動(dòng)車電池包的基本組成,至少會(huì)自然明白,規(guī)范的電芯布置、合理的冷卻管路、嚴(yán)格的質(zhì)量管理究竟應(yīng)該是什么樣子,在那些冰冷冷的能量密度數(shù)字之外,這些看不見的東西同樣也代表著電動(dòng)車的電池水平高下。