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软包电池的极致安全 东风日产电池生产线探秘
2019-11-11 02:04:37

文/腾讯汽车 张翠翠

2019年已经悄然过半,车市低迷既成事实,而今年对于新能源车企来讲尤其艰难。

蔚来ES8几次起火还让人惊魂未定,Model 3刚刚又在俄罗斯燃烧爆炸,紧张等待交付的新能源车主们内心对于电池安全的担忧从来没有停止。

带着很多对电池技术的疑问,笔者探访了东风日产位于广州花都二工厂的电池生产线,通过参观轩逸·纯电动车型的电池生产,试着去了解电动汽车背后的安全保障。

软包电池的极致安全 东风日产电池生产线探秘

70年电动车研发历史 EV销量王0事故

早些年提起电动汽车大家可能会第一个想到高调的特斯拉,但很少人会记得同时期诞生的日产聆风,这款在2010年就推出来的首款量产纯电动车目前已经累计销量43万,行驶里程累积超过了100亿公里。

其实日产研发电动汽车的历史可以追溯到1947年,技术积累至今已超过了70年。为什么这么低调呢?因为到目前为止还没出现过重大事故,存在感较弱。当然还有一个原因就是这款车在国内因为续航和价格的问题并没有获得市场青睐。

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不过,在去年上市的东风日产轩逸·纯电有望改变这种市场“冷遇”。这款首款合资品牌下的国产纯电动车型,基于全新一代日产聆风的纯电动技术,搭载容量为38kW·h的三元锂电池组,综合工况续航里程为338km。

这次我们参观的电池生产线就是这款车型的生产线的模块车间和总装车间,这也是国内首条电池模块化生产线。而其所在的花都二工厂同时还生产新蓝鸟、第14代全新轩逸,三款主力车型可以并线生产。规划产能是24万台/年,去年生产了31万台。

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谁说软包电池安全性不行?三大层级安全设计保证

目前的电池路线中,正极材料主要在三元和磷酸铁锂之间选择,电池结构又分为软包电池、方形硬壳电池和圆柱电池三类。蔚来汽车、比亚迪选择的就是硬壳电池结构的电池,而特斯拉选择的是圆柱电池结构,日产则一直选用的是镍钴锰三元材料的软包电池。

这三种结构在市场上都存在,也就意味着这三种路线各有优劣。

据东风日产的技术人员介绍,软包电池的优势在于散热和安全性能好,重量轻、容量大,内阻小循环性能好,同时设计也更灵活。

但缺点是技术门槛较高,加工难度大,同时软包电池不像方形电池和圆柱电池有坚硬的外壳保护,也容易造成液体泄漏而漏电,这也就对工艺生产和安全性提出了非常高的要求。

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为此,东风日产选择的电池生产方式包括三个层级进行安全保障。

首先他们的电芯采用的是宁德时代代工的方式,本身的材料、规格都是日产独特的设计;其次,电芯拿过来之后的模块化和组装都在东风日产的车间里完成;而智能的BMS电池管理系统在这里完成,可以针对电池状态进行监控和保护,故障实时报警,避免热失控发生,起到实效防护作用。

独特的电芯设计、模块化和Pack包组装的成熟工艺,加上BMS电池管理系统的保障,东风日产生产的电池包可以在发生高强度剧烈撞击时进行自我处理,并具备防止劣化处理机制。

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国内首条电池模块化生产线

具体来看的话,东风日产的电池生产线的模块化车间有15条生产线,是日产全球四大电池生产基地中最领先的生产基地,甚至超过了位于英国的标杆工厂。这里的电池包产能规划为2.3万台/年,平均每小时可以生产供4台电动汽车使用的电池模块。

现款轩逸·纯电车内包括24个模块,每个模块有8层软包电芯,即整车包含192个软包电芯。从原料上线到模块下线,每个薄薄的软包电芯都要经历12道工艺流程、14项品质检查及198项生产管控环节才能最终成为车内的一个电池单元。

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这12道工艺流程包括电芯拆包、料车运装、电芯上料、极耳切割、热铆接、单层体超声波焊接、热成型胶成型、单层体热熔胶涂布、二层提超声波焊接、四层提超声波焊接、模块组装、模块检查和模块下线。

而这一车间的自动化率超过96%,并配备LB-MES、PMS和G-TRC追溯系统,可以实现全流程生命周期产品信息追溯。

电池Pack的安全保障

除了模块化电池组的技术外,电池Pack组装同样重要。位于总装车间的电池Pack生产线最早从2016年开始投入生产,在电芯完成电池单元到电池模块的转变后,下一步就会送到这里组装成电池Pack。

据了解,一个完整的电池包包括3个堆栈,一共24个模块。每个堆栈采用串联的模式组成回路,提供电量。为了防止机械变形、挤压、撕裂、隔膜破裂导致的内短路,日产将电池组布置在前后轮中间,Pack包的外壳采用高强度装甲和特殊材料的隔热材料,强度可达1.2GPa,市场上一般是800-900MPa,还有采用塑料上壳。

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值得注意的是,东风日产并没有选择很多车企选择的水冷降温,而是采用风冷。一方面日产技术开发先进的热管理系统,发热量低;另一方面,也规避了水冷系统存在的漏液短路风险。

另外,电池组周围还留出了足够的碰撞溃缩空间,防止压力突然增大而带来爆炸。同时在电池Pack内还存在一个SDSW开关,是一个强电总开关,在出现问题时用户可以手动操作关闭电池运作,具体位置就在座椅下方。

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同样,为了防止过充、老化、低温对电池的影响,日产做了大量的数据积累和实验,定义出明确清晰的充电电流电压边界,以此管控整个充电过程,保障充电的安全。此外,成熟的LBC系统的保护策略也通过不同形式的故障分类,对电池系统进行防护,能够从动力源头切断任何充电和放电过程,从而避免热失控的发生。

结语:短短半天的参观,我们可以看到车企对于电池安全的重视。而随着电池技术和生产工艺的发展,更标准化、智能化、自动化和数字化的高效生产,才能给用户更安全的保障。

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