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宝马iX3如何驾驭811电池

近期,NCM811动力电池成为媒体焦点。不过理由并不光彩——在接二连三的自燃事件中,811电池牵涉其中,让人怀疑其安全性。

就在811电池风波中,一款应用这一电池的纯电动车型发布了。这家车企毫不避讳,大方介绍它采用了宁德时代的NCM811电池,似乎根本没有听到风言风语。

华晨宝马iX3采用了宁德时代NCM811电池

这个车型是iX3,来自华晨宝马。9月13日,这款车在沈阳华晨宝马工厂完成了首秀。第二天,华晨宝马还展示了生产iX3动力电池模组和系统的动力电池中心二期,为它举办了开工仪式。 

宝马的淡定和信心来自哪里? 

在iX3发布和动力电池中心二期开工仪式间隙,《电动汽车观察家》参观了811电池的模组、系统产线,并和华晨宝马动力电池专家进行了交流,了解了iX3电池模组和电池包的设计、验证和生产的细节。

 iX3不是宝马第一款采用811电池的车型,此前宝马X1插混里程升级版、5系插混里程升级版,都采用了811电池。目前,我们还没有看到1起宝马采用811电池的新能源汽车起火事件。iX3再次采用811电池,也说明宝马对这一电芯安全性的认可。 

高比能的811电池,如同烈马,宝马到底是怎样驾驭它的?

宝马第5代动力电池技术

1 811:高比能带来应用难度 

所谓811电池,指的是正极材料中,镍钴锰的配比为8:1:1的三元电池。 

由于电池的能量密度和镍的含量成正比,811电池可以带来比较高的能量密度。 

以宁德时代的NCM811电池为例,其2019年上市的NCM811/石墨体系电芯,单体能量密度超过240Wh/kg。这比磷酸铁锂电芯密度要高40%以上,比一般的三元电池也要高15%以上。 

电池单体能量密度提升,能帮助提升电池包的能量密度,继而提升车辆的续航里程,缓解消费者的里程焦虑。

采用811电芯之后,宝马第5代动力电池包能量密度提升,续航更长

因此,811电池很早就成为全球动力电池企业攻关的方向,但是因为它的安全性问题,一再推迟其量产应用时间。LG化学、SKI原计划2018年推出用于电动汽车的NCM811电池,但是后来推迟了。目前,国际上NCM811的方形和软包电池,还没有大规模的推广。 

811电池的应用难度是多个维度的。首先是电芯生产。NCM811材料受其高镍含量、表面残碱高、热稳定性差等因素的制约,对正极材料生产厂家及电池企业的生产制造环境及技术水平,提出了更高的要求,限制了811电池大规模商业化。 

其次,811电池的模组和电池包设计。电池的安全性是一项系统工程,由于单体性能的变化,模组、系统乃至整车,应该做出有针对性的设计,在生产过程也要提升要求。模组、系统和整车生产商能否hold住811电芯?这也是影响811电池应用的一个因素。 

从近期发生的811动力电池车辆起火事件看,上述挑战并不那么容易跨越。 

2 宝马:掌控电池核心技术

 宝马并不自己生产电芯,但宝马真的懂电芯。 

宝马研究电池,至少已经超过十年。2019年11月,为了配合宝马的全面电动化战略,宝马加大了电池研究业务,启用了在慕尼黑的全新电芯技术中心。 

宝马这个电芯技术中心是玩真的。这个电池中心里,不仅有各种实验室,对电芯做分析研究,包括电芯几大主材、电芯基本工艺和封装模式;而且,这个电池中心还有一个电芯的原型生产线,能够同时生产硬壳和软包电芯。

宝马电芯技术中心电芯原型生产线的涂布工艺

对于不断涌现的新电芯技术,宝马集团的做法是自己做一下试试,从而确定是否可以大量生产。 

比如,他们就在这里做了811原型电池的生产。由于高镍正极材料对生产环境的温度和湿度要求极高。在涂布、切片等工位,产线上的工人有时必须穿着全身包裹的特殊制服,以避免人体干扰环境,两个小时就得休息一次。

 这样电芯中心的存在,让宝马不仅了解电芯,而且了解生产的难点,在管理供应商方面得心应手。而且,这为宝马后期做电池模组和系统,奠定了基础。他们不仅了解电池的长处,也了解电池的短处。而模组和系统的设计,必须取长补短。 

“宝马自己要掌握核心科技,核心科技是什么?就是电芯的能力。”华晨宝马电池专家表示。 

3全方位安全设计

 宝马在应用811电池上,已经不是生手。 

2019年3月,宝马X1插电式混合动力里程升级版上市,采用了811电芯。这是全球第一个应用量产811电池的车型。后来,宝马5系插混里程升级版也采用了811电芯。 

这两款车的电池包,是宝马第四代动力电池设计。 

从iX3开始,宝马开始应用第五代动力电池技术。后续宝马纯电动车型i4,iNext,也将采用第五代动力电池技术。

从参数看,第五代动力电池做出来的电池包,有点其貌不扬:搭载总电量74千瓦时,不算很多;整包能量密度154瓦时/千克——一点都不像811电芯做出来的电池包。要知道,国内很多车企用普通三元电池,已经做出了160瓦时/千克甚至180瓦时/千克的电池包。

iX3的电池包结构图

采用811作为第五代动力电池的电芯,宝马自然也有能量密度的考虑。但是,能量密度不是唯一、也不是第一的考虑因素,而是均衡考虑安全性、功率、能量密度等多项性能。 

综合考虑之后选出来的811电芯,宝马必须辅之以足够的安全设计。 

华晨宝马电池专家介绍,在动力电池安全上,宝马的理念是以全方位机制保证安全,既包括电池结构安全,也包括电子电器安全。我印象深刻的有三大方面。 

第一个方面是绝缘的设计,也是贯穿电池包全流程。 

在电芯层面,我们看到所有的电芯在进入模组生产线之前,会被喷涂上一种蓝色绝缘材料。看上去,就和很多电池厂用的蓝膜包裹一样,只是宝马采用了喷涂方式。 

到模组层面,首先电芯与电芯之间贴了一层黄色的绝缘膜,此外,还有个黑色的隔离垫。加上喷涂的蓝色绝缘材料,相邻的电芯之间,有3层间隔。

电芯上加贴黄色绝缘膜

在电池包层面,同样也有充分的绝缘设计。这方面,华晨宝马电池专家主要提及电池包当中诸多低压、高压线束、电子电器件、接插件的绝缘设计。从肉眼看,最主要的就是它们所用的线束的绝缘包皮和接插件包裹,都是很厚实的。 

宝马电池包当中,线束和电子电器件的集成设计,也避免了诸多线束可能导致的短路、过热或者松动摩擦等隐患。 

以电芯温度采样为例,宝马并没有对每一个电芯做温度采样,而是一个模组设置2个温度采样点和1个备用采样点,然后通过算法来计算各个电芯的温度。这种设计减少了密密麻麻的低压线。

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