奧特能平臺(tái)：鋼刀配重鎧的安全電池

別克E4新車發(fā)布，通用奧特能電動(dòng)車平臺(tái)在中國市場落地的第三款車型。

在上汽通用的奧特能平臺(tái)中，電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)有著亮眼的表現(xiàn)，尤其在電池兼容性方面，表現(xiàn)出強(qiáng)大的能力。不僅是對(duì)不同電池容量大小的兼容，奧特能平臺(tái)還可以兼容各種化學(xué)體系，如磷酸鐵鋰、三元鋰電池，以及未來的鋰金屬電池和固態(tài)電池等。尤其在最近的設(shè)計(jì)發(fā)布中，上汽通用首次在國內(nèi)引入了磷酸鐵鋰的短刀電池，就如同鋼鐵之刃與重鎧的完美搭配，具有獨(dú)特的特色。

針對(duì)“鋼鎧”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電池的防碰撞安全再怎么強(qiáng)調(diào)也不為過。電池包不僅要滿足國標(biāo)的基礎(chǔ)要求，更因?yàn)樵趯?shí)際使用中，可能遇到各種極端的場景，這些場景雖然少見，但一旦發(fā)生危險(xiǎn)性很大，因此目前很多車企的電池包設(shè)計(jì)，往往都采用了高于國標(biāo)的要求，這是每一家負(fù)責(zé)任的車企應(yīng)有的擔(dān)當(dāng)。

奧特能電池平臺(tái)的獨(dú)特之處在于電池包的“鋼鐵重鎧”設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)采用高強(qiáng)度的“井”字形框架結(jié)構(gòu)，其中超高強(qiáng)度鋼占比達(dá)到了37.5%，而高強(qiáng)度鋼則占比約61%。這使得電池包的抗擠壓性能為國標(biāo)要求的3倍。

電池包內(nèi)部的橫梁與上蓋總成側(cè)邊防護(hù)梁采用1500MPa超高強(qiáng)度鋼材，托盤總成則采用10000MPa底部防護(hù)。這種設(shè)計(jì)不僅提升了電池的安全性，還增強(qiáng)了整車的扭轉(zhuǎn)剛度約45.8%，使得帶有電池包的整車扭轉(zhuǎn)剛度達(dá)到35kNm·度。這就像是給電池包穿上了鐵甲戰(zhàn)士的裝甲，讓電池包更加堅(jiān)固和安全。

與業(yè)內(nèi)其它技術(shù)的差異

新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的初期，在政策導(dǎo)向的鼓勵(lì)下，大量的電池包設(shè)計(jì)無一例外地追求更高的能量密度。這些設(shè)計(jì)的首要之處在于極大地提升體積和結(jié)構(gòu)利用率，其終極目標(biāo)便是盡可能地挖掘和利用更多的空間。

這樣的策略無可厚非，因?yàn)樵诎l(fā)展初期總是需要有明確的技術(shù)發(fā)展導(dǎo)向。然而，隨著電池技術(shù)日漸深入人心，安全性成為了市場的關(guān)鍵詞，備受廣大消費(fèi)者矚目。因此，電池平臺(tái)的設(shè)計(jì)哲學(xué)正在轉(zhuǎn)變，其優(yōu)先級(jí)的排列也開始呈現(xiàn)出差異性，取決于各家公司的獨(dú)特理念和戰(zhàn)略目標(biāo)。

●? 追求“降本增密”的設(shè)計(jì)：

強(qiáng)調(diào)高結(jié)構(gòu)利用率和成本效益，把電池作為結(jié)構(gòu)件，從而實(shí)現(xiàn)更高的能量密度。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢很直觀，即參數(shù)提高，但缺點(diǎn)也明顯：一旦如果電芯出現(xiàn)問題，無法修復(fù)只能全部更換；同時(shí)，電池作為結(jié)構(gòu)件，在極端的碰撞情況下，安全性更讓人擔(dān)憂。

●? "鋼鎧"結(jié)構(gòu)：

采用刀片電池配合高強(qiáng)度的托盤結(jié)構(gòu)，雖然整體重量增加，但提高了電池包整體的安全性和可維修性。這里需要其他系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師，全方位地配合電池的安全性，做出更多的設(shè)計(jì)優(yōu)化。所以背后更是企業(yè)理念的體現(xiàn)。

一以貫之的安全設(shè)計(jì)理念

除了結(jié)構(gòu)上對(duì)安全的重視，奧特能的電池平臺(tái)與整車平臺(tái)關(guān)于安全的設(shè)計(jì)理念，也體現(xiàn)在對(duì)電池?zé)峁芾淼汝P(guān)鍵領(lǐng)域逐步展開。熱管理分普通情況和極端情況兩種：

? 整車熱管理：設(shè)計(jì)的核心是尋求用戶適宜的環(huán)境溫度區(qū)間，充分考慮電池的使用區(qū)間，按照電池的獨(dú)特特性和壽命，為電池構(gòu)建一個(gè)安全且可用的環(huán)境。

? 在極端熱失控情況下的管理：奧特能平臺(tái)的安全設(shè)計(jì)目標(biāo)是保證顧客逃生的時(shí)間至少比國家標(biāo)準(zhǔn)的10倍還要充足。無論是抑制電芯間熱擴(kuò)散的策略，還是防止電拉弧的設(shè)計(jì)，都是為了在遇到極端工作條件下，確保電池系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)安全的底線，這種保護(hù)不僅在于防止整車起火，更是要在特別極端的條件下，保護(hù)車內(nèi)乘客有足夠的撤離時(shí)間。

在過去的設(shè)計(jì)中，奧特能電池平臺(tái)的很多安全相關(guān)的技術(shù)做的很成功，在采用新電芯配方的電池包上，也體現(xiàn)出這些技術(shù)的轉(zhuǎn)移，包括集成式液冷系統(tǒng)、快速排氣通道、防拉弧、防爆閥、“車-云”兩端相結(jié)合的電池健康智能監(jiān)測系統(tǒng)等。主要有以下幾種：

1｜抑制熱擴(kuò)散技術(shù)

一旦電芯單體發(fā)生熱失控，會(huì)釋放大量的可燃?xì)怏w。奧特能電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)了快速排氣通道，能夠迅速排出高溫氣體，配合液冷板系統(tǒng)迅速散熱，減小對(duì)相鄰模組和電芯的影響。這種設(shè)計(jì)，配合電芯隔熱，以及外部水泵的加速工作，避免整個(gè)電池包發(fā)生熱失控，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的零熱失控。

2｜集成式液冷系統(tǒng)

奧特能電池平臺(tái)在傳統(tǒng)的電池模組中配置了專利設(shè)計(jì)的一體化獨(dú)立液冷板，而新的短刀電池設(shè)計(jì)繼續(xù)堅(jiān)持一體化的理念。通過液冷系統(tǒng)的獨(dú)特流量控制，能夠?qū)㈦娦鹃g的溫差控制在1攝氏度以內(nèi)，大大延長了電池的壽命。為了提高充電功率，液冷板還設(shè)置在電池?cái)嗦穯卧?，以支持峰?a class="article-link" target="_blank" href="/tag/%E7%94%B5%E6%B5%81/">電流負(fù)載并保持較低的溫度(<65°C)，減少對(duì)周圍零件的熱影響。

3｜模組和整包的防火設(shè)計(jì)

在奧特能電池平臺(tái)的傳統(tǒng)方殼設(shè)計(jì)中，根據(jù)泄壓閥的方向設(shè)計(jì)采用上蓋防火專利設(shè)計(jì)，電池上蓋內(nèi)置氣凝膠防火毯，主要用于消除電芯噴射對(duì)上方部件的影響。而刀片電池的設(shè)計(jì)方案，同樣將防火設(shè)計(jì)的理念貫徹到電芯模組和整包的設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)性地進(jìn)行優(yōu)化處理和配合，以確保整體防火效果最佳。

4｜大面積防爆閥

奧特能電池平臺(tái)設(shè)計(jì)了大面積防爆閥，配合快速排氣通道，能夠迅速排出高溫氣體。不管是哪種化學(xué)體系和電芯形狀，這都是必備的安全設(shè)計(jì)。

5｜電氣防拉弧設(shè)計(jì)

隨著大家對(duì)電池的認(rèn)知越來越深入，高壓元器件都需要采用在電芯熱失控后防止拉弧的設(shè)計(jì)，為電池系統(tǒng)提供了二次防護(hù)。在這點(diǎn)上，使用了刀片電芯的奧特能電池平臺(tái)也同樣做到了。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性

電芯化學(xué)體系的聯(lián)合開發(fā)

對(duì)于汽車公司來說，動(dòng)力電池是電動(dòng)車的最核心的部件。要設(shè)計(jì)出一個(gè)優(yōu)秀的電動(dòng)汽車平臺(tái)，需要從核心技術(shù)指標(biāo)出發(fā)，通常包括容量、能量、能量密度、高低溫特性、充放電倍率和脈沖功率特性等。別克E4采用奧特能平臺(tái)專屬磷酸鐵鋰電芯，在設(shè)計(jì)開發(fā)與驗(yàn)證過程中，通用汽車、上汽通用汽車、泛亞汽車技術(shù)中心和本土電芯供應(yīng)商聯(lián)手完成。

具體到別克E4奧特能電池包的磷酸鐵鋰電芯，它的正級(jí)進(jìn)行了優(yōu)化，包括采用0.6μm的磷酸鐵鋰顆粒，比行業(yè)普遍的1μm更細(xì)，帶來更高的比表面積，從而可減小5%內(nèi)阻，并提升充放電功率，包括全新設(shè)計(jì)的碳包覆技術(shù)，提升導(dǎo)電性，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)異的充放電功率，包括大小顆粒組合技術(shù)，能量密度提升11%；負(fù)級(jí)也進(jìn)行了優(yōu)化，包括采用高容量石墨負(fù)極，可增加2%的電量，包括原位搭建離子傳輸快速通道，快充性能提升15%，包括采用寬幅化多點(diǎn)涂布工藝，微米級(jí)全程監(jiān)控，極片更加均勻，確保電芯一致性高。

這種聯(lián)合開發(fā)中，上汽通用汽車和泛亞汽車技術(shù)中心深入?yún)⑴c電芯材料體系配方的制定及優(yōu)化、制造工藝、性能評(píng)估、安全濫用等多個(gè)方面，并基于通用汽車全球統(tǒng)一的電池安全與性能標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)出了奧特能平臺(tái)專屬的磷酸鐵鋰電芯。這個(gè)電芯以其高熱穩(wěn)定性、強(qiáng)大的充放電功率、低衰減和長壽命的特性著稱，同時(shí)也協(xié)助電芯供應(yīng)商共同優(yōu)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和提升產(chǎn)品加工工藝。

奧特能專屬電芯的聯(lián)合開發(fā)展現(xiàn)出了令人印象深刻的能力。

電芯的獨(dú)立驗(yàn)證能力

上汽通用可在單體電池測試試驗(yàn)室，同時(shí)測試96顆電芯樣品，電池包測試試驗(yàn)室可以同時(shí)測試6個(gè)測試樣品，單體電池的測試項(xiàng)目主要包括溫度測試（零下40°C~85°C）和充放電測試、循環(huán)壽命、安全性、一致性、可靠性等多項(xiàng)指標(biāo)。

在電芯/電池包試驗(yàn)認(rèn)證環(huán)節(jié)，經(jīng)過100%電芯DCR（直流內(nèi)阻）檢測、跌落試驗(yàn)、擠壓試驗(yàn)、針刺試驗(yàn)等多項(xiàng)檢查，確保電芯/電池包的安全。

通過這些測試，可以讓設(shè)計(jì)工程師更清晰的知道一顆電池的特性優(yōu)劣在哪里，以及如何在細(xì)節(jié)上改進(jìn)。

#小結(jié)

在現(xiàn)今市場上，為了達(dá)到輕量化的目標(biāo)，大部分電池包會(huì)選擇鋁材作為主要的結(jié)構(gòu)材料；在電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)上，也以能量密度放在首位。然而，上汽通用的奧特能平臺(tái)堅(jiān)持以安全為理念，一一以貫之地堅(jiān)持使用鋼材。這種“鋼刀配重鎧”的設(shè)計(jì)理念使得電池包仿佛一個(gè)身披鋼鎧的勇士，堅(jiān)韌而無比強(qiáng)大，確保了電池系統(tǒng)的極致安全性。隨著新能源汽車的普及，電池的安全性能被電池制造商和汽車企業(yè)越來越看重，因此我們預(yù)見電池包的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度也會(huì)越來越被重視。

奧特能平臺(tái)除了在安全性上獨(dú)樹一幟，其電池模組的設(shè)計(jì)也展現(xiàn)了兼容性強(qiáng)的特點(diǎn)。短刀電池的引入進(jìn)一步推動(dòng)了其能源效率和安全性能的提升。這正是我們期待在電動(dòng)汽車平臺(tái)上看到的：不斷提高的安全性。上汽通用的奧特能平臺(tái)的新電芯配方的電池包在展示了“鋼刀配重鎧”的堅(jiān)韌與全面性的同時(shí)，也展現(xiàn)了它的前瞻性和適應(yīng)性。