電動車自燃之頻繁,已經到了上不了新聞頭條的程度,當大家習以為常,也就見怪不怪。
說來奇怪的是,燃油車也會自燃,頻率又不在電動車之下,但偏偏人們對鋰電池要比對汽油更加望而生畏。一方面,二者確實特性迥異,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。電動車下面到底是個怎樣的世界?電池包裹是怎么從零到有?對于電動車企業(yè),電池部分往往是重中之重的機密所在,不過幸運的是,我們這次有機會進入上汽通用位于上海金橋的電池生產線。一塊塊鋰電池如何組成一輛汽車的動力之源,在這里可以一窺整個流程。
首先,電池包的基礎個體,是許許多多個電芯。電芯按照形態(tài)的不同,可以分為軟包、圓柱、方殼等類型。單個電芯的生產說復雜復雜,說簡單也簡單。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(術語叫涂布),完成涂布后經切割和烘干成為極片,將多個極片層疊(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,整車制造商并不會自己去生產電芯,而是由 LG、松下、寧德時代這樣的專業(yè)供應商生產。對于整車廠,關于電芯的主要任務是合作研發(fā)和測試。他們需要找到最適合自己車型的規(guī)格和標準,然后去和電芯供應商對接生產工作,以及對采購電芯做各項相關測試,保證它們達到了相應標準,并為下一步探索未來發(fā)展做準備。
當供應商將電芯運送到電池工廠,整車廠作為“客戶”首先需要對電芯做逐一監(jiān)測,避免因生產或運輸過程中產生的瑕疵或者故障電芯。電芯通過檢測就可以被送入生產流水線。
上汽通用的電池工廠目前規(guī)模不算太大,廠房區(qū)域只占整個金橋工廠的 1/5 左右。這里主要生產微藍 6 插電混動(Velite 6 PHEV)和微藍 7(Velite 7)純電動車兩款車型的電池包,而因為這兩款車上市都沒多久,暫時還不需要占用太多生產力。由于微藍 6 和微藍 7 電池包內使用的電芯不同,需要在兩片不同的區(qū)域進行組裝生產。
微藍 6 PHEV 是一款標準的插電式混合動力車型。其實在 2019 年,上汽通用別克品牌就推出了純電版的微藍 6,一年過后又增加了插電混動版本。但其實,微藍 6 在基礎設計方面更適合插混動力,這表現(xiàn)在早期的純電版微藍 6 只有 301km 的綜合工況續(xù)航(后期版增加到 401km),其實原因就在于插混才是它的最適動力。
微藍 6 PHEV 在前機艙中布置了一臺 1.5L 阿特金森循環(huán)發(fā)動機,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 6 與 2017 年上汽通用首款國產混動 Velite 5 使用了類似的電池結構。只不過 Velite 5 是一款增程混動車型,所以電池包要比微藍 6 PHEV 大一些,占據了中央通道和后座下方的 T 字體空間。而微藍 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,給車內留出了更多可用空間。在微藍 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 增程混動車,可見 T 型電池包)
微藍 6 電池包內只有兩個模組。模組是由單個電芯組成,通常一套電池包系統(tǒng)內會包含多個模組,一方面方便電池管理系統(tǒng)調配電量,另一方面也是增加分隔增加安全性。微藍 6 電池包的每個模組由 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為之冷卻(或加溫)的液路。
(微藍 6 插混版電池包)
(打開罩蓋后的樣子)
(單個模組)
(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兩塊電芯中間,水冷板上均勻分布著毛細管路,冷卻液由外圍框架兩側的密封通道流通,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 6 應用,已經成了上汽通用新能源車的特色。
(水冷板中的毛細管路)
上汽通用真正意義上的主力純電動車微藍 7,在 2020 年終于來到中國市場。與混動車相比,純電動的微藍 7 顯然需要大得多的電池包,使用的電芯形狀也與微藍 6 混動不同,更為細長的形狀更適合平鋪于車底,盡可能減小對整車高度的影響。
(雙電芯單元的各個組成部件)
在微藍 7 上,單個電芯會首先兩兩成組,由外圍框架和金屬外殼固定。這樣一個雙電芯單元,再以若干個合并為一個模組,整個電池包由 5 個模組組成,外圍則是高強度鋼材外殼。
混動的微藍 6 使用獨特的片層式水冷板,微藍 7 則和很多純電動車一樣,選擇了電池包底部水冷通道散熱。因為電芯是兩個一組垂直布置,雙電芯單元外有金屬外殼,所以實質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,相當于在雙電芯單元的四個面都產生冷卻效果,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)
(紅白標示貼下方是水冷板)
(整個微藍 7 電池包)
上汽通用這兩條電池包生產線,負責為所有微藍 6 PHEV 和微藍 7 純電動 SUV 供應電池包,但員工總數(shù)卻很少,加一起不過 30 多名員工。高度的自動化機械臂占據了絕大多數(shù)工序,像電芯單元的組裝、電芯極耳的裁剪彎折焊接、多個單元組合在一起(堆垛),都是由自動化機器人完成,再由流水線送至下一工序。人工負責的僅有管線布置、最后封裝等個別工序,以及系統(tǒng)報錯時的排查工作。
電池是電動車的最核心部分,也是技術密度最高、最能體現(xiàn)出廠商功底的部分,但其實它們的結構并不復雜、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。
而當你了解了電動車電池包的基本組成,至少會自然明白,規(guī)范的電芯布置、合理的冷卻管路、嚴格的質量管理究竟應該是什么樣子,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車的電池水平高下。