揭秘上汽“魔方电池”
王 凌方
在电池安全上，有想法的车企都会拿出自己的一套方案。
上汽也不例外。
8月10日，来自上汽创新研发总院捷能公司的电池技术专家们进行了一场电池解析直播课，深度解读“魔方电池”的奥秘。
《电动汽车观察家》将这款电池包的特点简单总结为，躺着放、侧着喷以及柔性大三个特点。当然这三大特点中的内涵还是颇为丰富的，主要针对的就是安全、高效和长寿命三个方向。
当然魔方电池也能满足超快充需求，30-80%续航仅需30分钟充电时间，5-80%续航仅需40分钟充电时间。
01
躺着放：竖向空间利用率高
完全不同于传统电池包立式电芯，这款电池包最大的特点是电芯是躺着放的。
电芯躺着放以后，最明显的好处是，电池包竖向高度明显下降，可以为乘客释放出更多的车内空间，还能保证底盘的通过性。
立式电芯一般都会被电芯壳体的顶盖厚度、顶盖底部到隔膜的距离、底托片厚度等占据，在高度方向上利用率并不高。
魔方的躺式电芯有效改善了这一情况，不仅电池包高度方向得到了充分利用，电池中活性材料的占比也大大提升，从而明显提高体积利用率。
魔方电池包的长度和宽度是固定的——1690mm*1300mm；高度有三种：分别为110mm、125mm和137mm。
可以想象一下，电池的长度相当于一个成年男子的身高，而电池包的厚度相当于一罐可乐——就像一个大Pad。
根据上汽方面给出的数据，基于CTP、高电压、超薄基材等技术，90kWh魔方电池，电池系统能量密度达到195Wh/kg，从而实现CLTC续航里程550-570km。可以用5系电芯实现8系电芯的能量密度，CTP成组效率达到79.6%。
02
侧着喷：安全性更高
电芯躺着放的另一个好处就是电芯的喷发口不再向上，而是侧向喷发到底部托盘结构上。
一般来说电池上盖的强度并不大，厚度基本在1—2mm，立式电芯喷发口向上，一旦发生热失控，对车内乘客存在一定安全隐患，躺式电芯就解决了这一问题。
此外，躺式排布电芯设计能够降低电芯之间有效接触面积，减小热传递通道。魔方电池包只有两层电芯，一旦一颗电芯热失控，只会蔓延到它上下那颗接触面积大的电芯，并通过水冷系统带走一部分热量。
左右两侧的电芯由于接触面积小，且有隔热材料防护，热失控的几率大为减小，因此电芯的热失控整体是可控的，不会带来多米诺骨牌效应。
这种躺式排布，还可以最大程度节省隔热材料的应用。例如，以前需要用6片隔热材料的，现在仅用2片就够了。绝大部分空间都可以用来容纳有效的电化学材料。
总结下来，魔方电池包在安全方面主要靠五字秘诀：
预——7*24h远程监控体系：自学习功能使热失控可提前监测，防范于未然；
导——提前散热系统：远程监测到热失控，酝酿期即开启最大功率散热；
卧——独有躺式排布电芯设计：降低电芯之间有效接触面积，减小热传递通道；
隔——气凝胶阻燃材料：物理热量隔离，确保单个电芯热失控后不影响周边相邻电芯；
疏——自动泄压防爆阀：主动泄压，释放电池包内压力，使过热气体降温，防止气体喷射。
03
柔性大：增加循环寿命
传统立式电芯的电池包，是将电芯放置在了刚性框架的“铁牢笼”里，随着电芯的老化膨胀，受力条件将会急剧恶化，电芯只能在有限的空间内承担更大的压紧力。
魔方电池采用柔性约束的方式，结构主要是通过上下两层薄壁的柔性压板，配合柔性的结构胶来共同对电芯完成这一约束。相当于为电芯穿上了一件“高弹紧身衣”，能够自适应电芯的膨胀，大幅降低电芯受力，电芯的循环寿命得以延长。
据上汽方面介绍，这件“超级紧身衣”的诞生非常不容易，要解决三大难题。
首先是结构胶的受力工况极为苛刻。结构胶在电芯的不同位置，受力工况完全不同。需要将“超级紧身衣”切割成小部分，根据不同部分的需求来设计。
第二，匹配电芯全寿命周期的需求。电芯生命后期阶段，体积会大幅膨胀，这件“超级紧身衣”也要适应电芯的变化。简单说，腰围70的瘦子能穿，后期变成腰围100的胖子时仍然要贴合，不破损。
第三，超高分子材料的老化评估。用上汽集团相关负责人的话说，整个柔性方案可以说就是用胶的艺术。上汽团队需要解决胶的老化问题。
为此，上汽联合陶氏化学共同研发，匹配躺式电芯特性专属结构件，共开发测试超过1000款结构胶配方，进行了超过2万小时可靠性验证，最终才确定结构胶配方。
此外，加上上汽采用独特的电芯电解液引流设计，使电解液流通更加顺畅，这些因素叠加都会增加电芯的循环寿命。
在这些技术的加持下，魔方电池成功挑战了针刺实验，在钢针刺入电池包触发热失控后，被刺的电池包出现冒烟现象，但没有起火、爆炸，也没有出现热蔓延现象。
总结来看，魔方电池最明显的特点，就是通过躺式电芯将电池包的厚度做薄，电池包内部的空间利用率进一步得到提升；安全性有所提升，通过侧向喷发，解决了立式电芯向上喷发的潜在危险性。
当然，超薄电池也有附加好处，车辆实现超低质心高度，且质心分布均匀，能够有效抑制车辆高速行驶中的侧倾，在极限驾驶过程中，车身的控制做得更好，让操控更纯粹。
