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穿越「无人之境」,别克微蓝的三元锂电池炼成记

本文作者:伍文靓 2020-08-23 18:46
导语:如何让电池变得更安全,成为了各大厂商致力去回答的难题。

穿越「无人之境」,别克微蓝的三元锂电池炼成记

雷锋网按,毫无疑问,动力电池系统是新能源汽车电气化技术最关键的部分。同时,随着电动汽车市场大门进一步打开,近年频发的电动汽车自燃事件也无不在挑动公众的神经。

「如何让电池变得更安全」,成为了各大厂商致力去回答的难题。

8月 20 日,雷锋网(公众号:雷锋网)有幸前往上汽通用汽车动力电池发展中心参观。作为别克品牌“电动化、网联化、智能化、共享化”战略布局的重要落子,别克微蓝 7 和微蓝 6 PHEV 车型的电池组,以及电池组生产线的神秘面纱也由此揭开。

新一代模块化三元锂电池组 

事实上,在 2019 年 4 月,别克就已经正式推出了微蓝 6 纯电动车型,这是别克在中国的首款纯电动产品。不过,当时这款车搭载的电池容量为 35kwh,NEDC 续航里程仅为 301km。

在刚刚过去的 7 月,别克推出微蓝 6 PHEV,搭载别克全新的 eMotin 智能电驱系统。同时期,纯电动 SUV 微蓝 7 问世,基于通用第二代纯电动平台,搭载 55.6kwh 电池组,NEDC 续航里程达到 500km。

不同于大多数车企单纯的向电池供应商购买电池进行组装,上汽通用汽车更偏向于深度参与电芯开发的方式,与电池供应商长期合作开发电池。

比如,上文所提到的别克微蓝7和微蓝6 PHEV选用的三元锂电芯,均在LG化学的技术基础上进一步优化了配方与设计,从而使电池的能量密度更高,寿命更长。 

穿越「无人之境」,别克微蓝的三元锂电池炼成记

微蓝7(左)和微蓝6 PHEV(右)搭载新一代模块化高性能三元锂离子电池组

从某种程度上来说,温度异常是电池安全事故的最大的诱因之一。

对此,别克微蓝7和微蓝6 PHEV动力电池系统采用了通用汽车专属的电芯级智能温度管理系统,并根据两款车各自的结构、造型、性能和其他需求进行了度身定制。 

微蓝7的每两片电芯间会布置一块导热片,导热片直接与电池组底部的水冷结构相连,可根据电池工况实现主动冷却或加热。电池组底部的水冷结构进出水管采用双流道蛇行设计,更利于电池模组的温度管理。而且,别克微蓝7的电池组还在电芯间使用泡棉隔绝散热,缓解电芯后期充电时膨胀,从而引发安全隐患。

微蓝6 PHEV电池组则采用了通用汽车专利的片层液冷技术,每两个电芯之间都夹有带毛细液冷管道的导热片,厚度仅为0.2毫米,冷却液在毛细管道里流动可加快热量的传导。

穿越「无人之境」,别克微蓝的三元锂电池炼成记

微蓝 6 PHEV 电池组冷却片

据介绍,这两款电池组的温度适应范围均在 -35℃~55℃。

在用材方面,微蓝7和微蓝6 PHEV的动力电池应用轻量化复合材料,因此电池包的造型比较紧凑轻薄,IP67级密封设计则可保证防尘,以及车辆在涉水时的电池组安全运转。

微蓝 7 电池包底部还采用带加强筋的钢制托盘设计,减小碰撞给电池组带来的伤害。整体车身方面,微蓝7采用高性能BFI一体化车身结构,高强度钢材应用比例高达78%,这也在很大程度上保护了电池包的安全。

雷锋网探访电池实验室和生产线

穿越「无人之境」,别克微蓝的三元锂电池炼成记

通用汽车中国前瞻技术科研中心-电池实验室

在全天的参观中,雷锋网一共实地走访了两个地点——通用汽车中国前瞻技术科研中心-电池实验室和上汽通用汽车动力电池系统发展中心-微蓝7和微蓝6 PHEV电池组生产线。 

首先来说说电池实验室。通用汽车在美国和中国都有独立的电池实验室,当中设立了自己的电池试制生产线,用于电池原型开发和各类型的试验认证。在每一款电池投放市场前,通用汽车会在电池实验室里进行 3-5 年的电芯验证与测试。

据工作人员介绍,通用汽车在 10 年前就已开始对电池实验室进行投入。如今,微蓝7和微蓝6 PHEV的电池可在此通过挤压、碰撞、浸泡、火烧、过充、过放、短路、盐雾等10余类极限试验。此外,电池组还会经历涵盖机械、热力学、电气、寿命、性能等各个方面百余项系统与整车测试。

上汽通用汽车动力电池系统发展中心则于 2015 年在上海浦东金桥成立,是通用汽车全球第二家及北美之外第一家电池装配中心。

穿越「无人之境」,别克微蓝的三元锂电池炼成记

上汽通用汽车动力电池系统发展中心

别克微蓝7和微蓝6 PHEV搭载的新一代模块化高性能三元锂离子电池组,正是在这里完成组装生产。

电芯堆垛和电池模组装配过程中,电芯和模组的上料、装配、运输和电池模组测试的全线工艺操作全部由机器人或机械手智能完成,自动化率达到100%;而且,机器人每一次的上料/下料/搬运过程中精度在0.1mm以内。

据工程师表示,整条生产线下来人工检验员的数量并不多,而且,他们只负责对机器的误操作进行纠正。不过,这两条生产线现阶段并不忙碌,在雷锋网探访的当天下午甚至是「停工」状态。

通过数字化技术的应用,微蓝7和微蓝6 PHEV的关键零部件,不仅在装配过程中实现了数据实时采集、监控和预警,还通过完备的产品信息追溯系统,拥有各自的“身份证”。

比如,经过了全线无误的操作的电芯外包装上会打印一个二维码,只有这些带有二维码的电芯产品才能下线,而且,通过扫描二维码还能对该电芯进行精准溯源,追溯产品在何时何地经过何人之手。

另一个技术亮点是超声波焊接。工程师向我们解释道,使用超声波技术来焊接电芯极耳无熔焊缺陷,而且不会对铝、铜等半导体等材料引起高温污染及损伤,减弱了极耳撕裂风险。

穿越「无人之境」,别克微蓝的三元锂电池炼成记

超声波极耳焊接

具体来说,该项技术由工业机器人在视觉系统引导下准确定位,自动操纵超声波焊接头,完成电芯正负极极耳的焊接,使电池模组形成通路。此外,针对不同的材料,可以采用不同的超声波焊接技术。

除电芯之外,模组和电池组的安全测试的评估也不容忽视。为了确保别克微蓝 6 PHEV 的片层液冷导热片和微蓝7的液冷回路系统中没有漏点,模组装配线会采用质量流量法进行泄露测试,提高测试精度、缩短测试时间。

模组焊接质量检测方面,若设备焊接存在虚焊、漏焊等情况,则由人工补焊对该点位进行补焊。正如工程师此前所说的:

人工在这条产线上的作用基本上就是「纠错」。

结语

事实上,通用汽车在新能源上的投入远不止于此。

早在 1996 年,通用汽车就推出了纯电动车型 EV1,这款车让通用汽车成为了电动汽车领域真正意义上的先驱,但由于时机不宜,市场环境不成熟,在随后十余年里,通用汽车基本上「放弃」了电动汽车。

尽管近年来,通用汽车开始加大对纯电动汽车的研发投入,但仅仅只是从去年发布的别克微蓝 6 而言,NEDC 续航里程仅为 301km,4 个月后,通用汽车再次推出了微蓝 6 纯电动版的新增车型,搭载续航里程也增加至 410km——在电动汽车已经成为主流的今天,不少造车新势力已经突破了 600 公里续航,微蓝 6 在这一方面并不具备什么竞争力。

不过,通用汽车最近已经宣布推出 Ultium 电池系统和第三代全球电动车平台,别克微蓝 7 和微蓝 6 HEVP 也搭载了全新一代模块化三元锂电池组——通用汽车也算是迈出了好的一步。

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