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电动车自燃之频繁,已经到了上不了新闻头条的程度,当大家习以为常,也就见怪不怪。
说来奇怪的是,燃油车也会自燃,频率又不在电动车之下,但偏偏人们对锂电池要比对汽油更加望而生畏。一方面,二者确实特性迥异,另一方面,人们熟悉汽油,却不熟悉锂电池——至少不熟悉这么一块体积容量巨大的锂电池整天放在自己屁股下边。
一切恐惧源于未知,这是写在人类基因里的。电动车下面到底是个怎样的世界?电池包裹是怎么从零到有?对于电动车企业,电池部分往往是重中之重的机密所在,不过幸运的是,我们这次有机会进入上汽通用位于上海金桥的电池生产线。一块块锂电池如何组成一辆汽车的动力之源,在这里可以一窥整个流程。
首先,电池包的基础个体,是许许多多个电芯。电芯按照形态的不同,可以分为软包、圆柱、方壳等类型。单个电芯的生产说复杂复杂,说简单也简单。以上汽通用目前使用的软包电芯为例,先是将用作电极的浆料涂覆在铜或铝箔上(术语叫涂布),完成涂布后经切割和烘干成为极片,将多个极片层叠(叠片)后封装在铝塑膜中,留出极耳,注入电解液,大体上电芯就成形了。
不过通常来讲,整车制造商并不会自己去生产电芯,而是由 LG、松下、宁德时代这样的专业供应商生产。对于整车厂,关于电芯的主要任务是合作研发和测试。他们需要找到最适合自己车型的规格和标准,然后去和电芯供应商对接生产工作,以及对采购电芯做各项相关测试,保证它们达到了相应标准,并为下一步探索未来发展做准备。
当供应商将电芯运送到电池工厂,整车厂作为“客户”首先需要对电芯做逐一监测,避免因生产或运输过程中产生的瑕疵或者故障电芯。电芯通过检测就可以被送入生产流水线。
上汽通用的电池工厂目前规模不算太大,厂房区域只占整个金桥工厂的 1/5 左右。这里主要生产微蓝 6 插电混动(Velite 6 PHEV)和微蓝 7(Velite 7)纯电动车两款车型的电池包,而因为这两款车上市都没多久,暂时还不需要占用太多生产力。由于微蓝 6 和微蓝 7 电池包内使用的电芯不同,需要在两片不同的区域进行组装生产。
微蓝 6 PHEV 是一款标准的插电式混合动力车型。其实在 2019 年,上汽通用别克品牌就推出了纯电版的微蓝 6,一年过后又增加了插电混动版本。但其实,微蓝 6 在基础设计方面更适合插混动力,这表现在早期的纯电版微蓝 6 只有 301km 的综合工况续航(后期版增加到 401km),其实原因就在于插混才是它的最适动力。
微蓝 6 PHEV 在前机舱中布置了一台 1.5L 阿特金森循环发动机,后备箱下方是 9.5kWh 锂电池组,提供约 60km 的纯电续航里程。
作为一款插混车型,微蓝 6 与 2017 年上汽通用首款国产混动 Velite 5 使用了类似的电池结构。只不过 Velite 5 是一款增程混动车型,所以电池包要比微蓝 6 PHEV 大一些,占据了中央通道和后座下方的 T 字型空间。而微蓝 6 作为插混车型电池容量更小,只需后备箱下方就足以安置,给车内留出了更多可用空间。在微蓝 6 的电池包中,也使用了 Velite 5 颇具上汽通用特色的片层式液冷板。
(Velite 5 增程混动车,可见 T 型电池包)
微蓝 6 电池包内只有两个模组。模组是由单个电芯组成,通常一套电池包系统内会包含多个模组,一方面方便电池管理系统调配电量,另一方面也是增加分隔增加安全性。微蓝 6 电池包的每个模组由 20 多块软包电芯组成,这些电芯两两之间,夹着泡棉和液冷板,即每块电芯都拥有单独为之冷却(或加温)的液路。
(微蓝 6 插混版电池包)
(打开罩盖后的样子)
(单个模组)
(数块电芯组成模组中的一部分)
(彻底分开,电芯、框架、液冷板)
片层式水冷板夹在每两块电芯中间,水冷板上均匀分布着毛细管路,冷却液由外围框架两侧的密封通道流通,最终使得每块电芯都能拥有很大的热交换面积,确保对于电芯的冷却或升温效果。这种片层式冷却方式最早出现在 Velite 5 上,如今又被插混版微蓝 6 应用,已经成了上汽通用新能源车的特色。
(水冷板中的毛细管路)
上汽通用真正意义上的主力纯电动车微蓝 7,在 2020 年终于来到中国市场。与混动车相比,纯电动的微蓝 7 显然需要大得多的电池包,使用的电芯形状也与微蓝 6 混动不同,更为细长的形状更适合平铺于车底,尽可能减小对整车高度的影响。
(双电芯单元的各个组成部件)
在微蓝 7 上,单个电芯会首先两两成组,由外围框架和金属外壳固定。这样一个双电芯单元,再以若干个合并为一个模组,整个电池包由 5 个模组组成,外围则是高强度钢材外壳。
混动的微蓝 6 使用独特的片层式水冷板,微蓝 7 则和很多纯电动车一样,选择了电池包底部水冷通道散热。因为电芯是两个一组垂直布置,双电芯单元外有金属外壳,所以实质上底部冷却板是先冷却金属外壳,再由金属外壳传热冷却电芯。这样的冷却方式,相当于在双电芯单元的四个面都产生冷却效果,从而避免了冷却板在下直接冷却电芯可能的上下散热不均匀。
(双电芯单元)
(红白标示贴下方是水冷板)
(整个微蓝 7 电池包)
上汽通用这两条电池包生产线,负责为所有微蓝 6 PHEV 和微蓝 7 纯电动 SUV 供应电池包,但员工总数却很少,加一起不过 30 多名员工。高度的自动化机械臂占据了绝大多数工序,像电芯单元的组装、电芯极耳的裁剪弯折焊接、多个单元组合在一起(堆垛),都是由自动化机器人完成,再由流水线送至下一工序。人工负责的仅有管线布置、最后封装等个别工序,以及系统报错时的排查工作。
电池是电动车的最核心部分,也是技术密度最高、最能体现出厂商功底的部分,但其实它们的结构并不复杂、原理并不难理解、也并存在什么魔法。用粗浅的眼光去看,无非是电解液+电极组成的单个电芯,以某种组合方式堆叠在一起,再辅以冷却系统和控制元件,既不值得为之称奇,也没必要无故恐惧。
而当你了解了电动车电池包的基本组成,至少会自然明白,规范的电芯布置、合理的冷却管路、严格的质量管理究竟应该是什么样子,在那些冰冷冷的能量密度数字之外,这些看不见的东西同样也代表着电动车的电池水平高下。