對于純電動車型來說，電池的安全性不言而喻。所以，現(xiàn)在每個汽車廠家或者電池廠商都有自己的一套電池安全技術或者方案。比如比亞迪的刀片電池、廣汽埃安的彈匣電池、哪吒汽車的天工電池，還有蜂巢的短刀電池，以及寧德時代的麒麟電池等等......

作為自主品牌的頭部車企，上汽集團也不例外。在今年的6月中旬，上汽就公布了最新的魔方電池系統(tǒng)。

近日，來自上汽創(chuàng)新研發(fā)總院捷能公司的電池技術專家們進行了一場電池解析直播，為我們深度解讀了上汽“魔方電池”的技術優(yōu)勢和特點？據(jù)悉，上汽榮威iMAX8(參數(shù)|詢價) EV采用的正是這套電池技術。

(資料圖)

什么是魔方電池？

根據(jù)上汽集團副總工程師、捷能公司總經(jīng)理朱軍的介紹，之所以稱之為“魔方電池”，是因為這套電池系統(tǒng)就像“魔方”一樣，可以根據(jù)不同車型的車身尺寸、內(nèi)部空間，以及不同的電芯化學配方，進行更自由的排列組合。具體來看：

1、電池高度：

魔方電池采用標準電池包，長寬統(tǒng)一，分別為1300mm、1690mm；高度有三種，分別為110mm、125mm和137mm。

可以看到，魔方最薄的電池僅為110mm，要遠低于此前行業(yè)的130mm標準。

不同厚度的好處是：在保持統(tǒng)一的投影面積下，能夠根據(jù)車型的定位，容納不同的電芯，做成容量不同的電池包。

比如主打長續(xù)航的車型，可以用137mm厚度，而主打運動的小型車，可以用110mm，底盤“更薄”，從而帶來更優(yōu)秀的空間表現(xiàn)。

2、電池化學體系：

魔方電池的電芯可以兼容不同化學體系，包括低能量密度的磷酸鐵鋰、鈉離子、M3P等，中能量密度的三元電池5系、6系和高鎳三元等，以及高能量密度的硅碳負極、半固態(tài)等都在應用范圍之內(nèi)。

3、電池容量

電池包電量也可以覆蓋44-155kWh范圍，從A0級小車到D級大車都可以應用，非常靈活。

要知道，上汽集團非常龐大，以后需要兼顧的電動產(chǎn)品會非常多。因此，這種可以在電池高度、化學成分、電池容量等靈活自由排列的電池組，能夠進一步滿足不同的產(chǎn)品需求。

那么，魔方電池又是如何做到可以自由排列組合呢？答案就是“躺”！

能夠“躺平”的電池

目前，在市面上大多數(shù)品牌的電池都采用了鋁殼方形電芯，而它們大部分都采用傳統(tǒng)的立式布局，但魔方電池相比它們而言，則采用了全新的躺式布局。簡單來說，就是將電芯橫著平鋪在電池包里。

這種躺式布局的好處就是可以帶來更好的集成化優(yōu)勢，這也是魔方能夠自由排列組合的一個重要原因。

對此，朱軍表示：" 其實就像一副撲克牌，原來電池包的電芯是豎著放，現(xiàn)在是把電芯躺下來，占用的空間及接觸面就很小。

具體到產(chǎn)品優(yōu)勢方面，躺式布局主要有三大亮點，超高集成度、超長壽命和“零熱失控”安全防護。

1、超高集成度

從視頻可以看到，豎放電芯，只有綠色那一塊區(qū)域是放置電化學的儲能材料。但是，電芯躺平后，絕大部分空間都可以用來容納有效的電化學材料。

這樣設計的好處是帶來更高的空間利用率，并且結合更大能量密度的電芯，實現(xiàn)更高的能量與重量比。

從表格中可以看到，在不同化學體系電芯對比中可以看到，在50度電的PK中，上汽魔方電池51kWh，三元鋰電芯，體積是250L；T品牌55kWh，LFP電芯，體積是341.9L。

而在同體系化學電芯對比，在80度電的PK中，上汽魔方電池77kWh，三元鋰電芯，體積是250L；T品牌75kWh，三元鋰電芯，體積是341.9L。

綜上來看，無論是相同化學體系的電芯對比，還是不同化學體系電芯對比，上汽魔方電池的體積效率轉換率都更為出色。

而在重量效率轉化率的對比中可以看到，在80度電的PK中，都是三元鋰體系，上汽魔方電池77kWh，重量435kg；T品牌75kWh，重量469.5kg；X品牌80.9kWh，重量503kg。

從對比中不難發(fā)現(xiàn)，上汽魔方電池在各個容量電池包的重量效率轉換率都更為出色。

具體到車型方面，在榮威iMAX8 EV上，搭載了一個90kWh的動力電池組，根據(jù)官方數(shù)據(jù)顯示，電池系統(tǒng)能量密度達到195Wh/kg，和行業(yè)普遍在170-180Wh/kg比起來，的確有了一定的提升。

要知道，在榮威iMAX8 EV上，采用的電芯為5系電芯，相較于8系電芯更難提升系統(tǒng)能量密度，正是因為獨特的布局，使得能量密度有所提升；90kWh的電池，可以給榮威iMAX8 EV提供在CLTC工況下550-570km的純電續(xù)航。

目前，為了提高電池的續(xù)航，很多廠家的做法就是提高了電池的容量。而容量的增加，帶來的結果就是整車重量和體積的增大，以及還有電池成本的提升。那么，相比單純的容量提升，魔方電池的做法就是提高能量與重量比。顯然，這才是當下電池發(fā)展的正確方向。

2、超長壽命

以往立式電芯設計在電芯周圍使用了很多強固定，這種強束縛會加速電池老化。主要原因是當電池在充放電的過程中會膨脹收縮，并且隨著使用時間的增加，電芯老化的過程中，電芯也會不斷膨脹。

這種強束縛會讓電芯在充放電過程中內(nèi)應力不斷增加，對電芯壽命影響很大，嚴重的情況會導致電芯擠壓破裂。

那么，魔方電池是如何解決這一問題呢？

上汽工程師表示，魔方電池采用柔性約束的方式，結構主要是通過上下兩層薄壁的柔性壓板，配合柔性的結構膠來共同對電芯完成這一約束。

這樣的做法，相當于為電芯穿上了一件“高彈緊身衣”。我們可以將其理解成為綠巨人的短褲，不管綠巨人變得多大，它的短褲都不會被撐破。

上汽工程師表示，一塊64度電魔方電池，其壽命是12年100萬公里，循環(huán)壽命衰減不超過20%。而如果采用傳統(tǒng)立式電芯，要實現(xiàn)同樣衰減，其壽命只能做到50多萬公里，基本是一半。

講起來很簡單，但實際操作卻并不容易。據(jù)朱軍表示，此前，寧德時代也曾設想過躺式電芯布局，但由于結構與冷卻等方面的問題太多，還停留在概念層面。

為此，上汽花了兩年多時間，一一解決了躺式電芯布局在設計與制造環(huán)節(jié)的種種難題。上汽工程師表示，其中最難的地方是如何讓結構膠更好的貼合電芯的體積變化？

第一，結構膠受力工況尤為嚴苛。這是因為結構膠在電芯的不同位置，受力工況完全不同。所以，還需要根據(jù)不同的位置和部分，進行不同的設計。

第二，匹配電芯生命周期的變化。在電芯生命后期階段，電芯的體積會增大，因此這就需要結構膠還要適應電芯的體積變化。簡單點來說，之前這套“緊身衣”能夠適應100斤的身材，現(xiàn)在到了120斤了，仍然合適，不會破損。

第三，則是高分子材料老化評估。這個很好理解，就是結構膠本身的耐久性問題。

為了解決以上問題，上汽工程師表示，選擇和化學行業(yè)的龍頭公司陶氏化學聯(lián)合開發(fā)了給躺式電芯專用的結構膠。據(jù)了解，在整個過程中，共開發(fā)測試超過1000款結構膠配方，進行了超過2萬小時可靠性驗證，最終才確定結構膠配方。

3、更加安全，雙針刺不起火

眾所周知，熱失控也是影響電池安全的一大因素。

所謂的熱失控，指的是單體蓄電池放熱連鎖反應引起電池自溫升速率急劇變化的過熱、起火、爆炸現(xiàn)象。

引發(fā)熱失控的因素很多，總的來說分為兩類，內(nèi)部因素和外部因素。

內(nèi)部因素主要是：電池生產(chǎn)缺陷導致內(nèi)短路：電池使用不當，導致內(nèi)部產(chǎn)生鋰枝晶引發(fā)正負極短路。

外部因素主要是：擠壓和針刺等外部因素導致鋰離子電池發(fā)生短路；電池外部短路造成電池內(nèi)部熱量累積過快；外部溫度過高導致SEI膜和正極材料等發(fā)生分解等等。

不管怎么說，一旦引發(fā)熱失控，就會對車內(nèi)乘客帶來一定安全問題。這是因為立式電芯噴發(fā)口向上，同時一般的電池上蓋的強度并不大。因此，高溫高壓的危險廢氣很有可能會直接沖擊到電池的上蓋板。雖然這個部分是有加強以及泄壓通道設置的，但確實離我們的腳很近。

但是，魔方電池就很好的解決了這一問題。根據(jù)上汽工程師的介紹，它使用了預、導、臥、隔、疏5大技術保駕護航，將熱失控危機扼殺。

1、預：7*24h遠程監(jiān)控體系，自學習功能使熱失控可提前監(jiān)測，防患于未然；

2、導：提前散熱系統(tǒng)，遠程監(jiān)測到熱失控，醞釀期即開啟最大功率散熱；

3、臥：這點是重中之重！

獨有躺式排布電芯設計的一大好處就是，電芯的噴發(fā)口不再向上，而是側向噴發(fā)到底部托盤結構上。并且，躺式排布電芯設計能夠降低電芯之間有效接觸面積，減小熱傳遞通道。

4、隔：根據(jù)上汽工程師的介紹躺平電芯各個電芯兩側有絕熱材料，背靠立式的冷卻結構，而在電芯之間，除了冷卻板之外還有結構板，加上電芯兩側的絕熱材料，總共有三種冷卻結構，從而實現(xiàn)電芯之間更好的熱失控管理。

5、疏：自動泄壓防爆閥，主動泄壓，釋放電池包內(nèi)壓力，使過熱氣體降溫，防止氣體噴射。

除了熱管理系統(tǒng)優(yōu)秀外，根據(jù)上汽工程師透露，魔方電池成功挑戰(zhàn)雙針刺實驗，在鋼針刺入電池包觸發(fā)熱失控后，被刺的電池包出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象，但沒有起火、爆炸，也沒有出現(xiàn)熱蔓延現(xiàn)象。

不過，目前上汽并沒有公布針刺實驗的詳細細節(jié)，被針刺的電池是磷酸鐵鋰還是三元鋰電池也并不清楚。希望上汽方面未來能做一些現(xiàn)場針刺的直播活動，既能展示自家電池技術的安全性，同時也能讓更多人信服。

推動換電模式的發(fā)展

朱軍表示，魔方電池包的外圍設計都是一樣的，包括高低壓連接、冷卻連接、統(tǒng)一吊裝位置、以及固定位置等。

基于這樣的相同設計預埋，意味著魔方電池包能夠實現(xiàn)快換與互換。所謂快換，就是換電。所謂互換，比如把51度電池包換成77度電池包。

總結來說，未來采用魔方電池的產(chǎn)品都可以像蔚來汽車一樣，實現(xiàn)快速換電以及電池升級。

要知道，換電帶來的優(yōu)勢，不單單只是提高了補能效率而已，同時換電還有4個不容忽視的優(yōu)勢：

1、換電能夠更好的保證電池安全。

蔚來能源高級副總裁沈斐此前表示，在換電體系內(nèi)，蔚來可以在第一時間發(fā)現(xiàn)電池的微小瑕疵，通知車主到換電站更換。只需要4 分鐘，就可以解除安全隱患。

但是，對換電車來說很簡單的事情，對充電車就非常麻煩：先通知車主把車開到4S 店、給他們找代步車、把電池拆下來檢測、再裝回去、通知車主來取。類似于燃油車的一次召回流程。

2、為用戶帶來更加靈活的電池升級方案。

換電企業(yè)通過增加電池能量密度或者大小的方式來提升續(xù)航。同樣，寧德時代巧克力電池塊也可以讓用戶自由選擇續(xù)航大小。

蔚來已經(jīng)將這樣的設想付諸現(xiàn)實。比如，蔚來支持70kw 電池包升級到 100kw ，用戶可選擇一次付 5.8 萬元，永久性升級；也可以按年（7980 元）、按月（880 元）靈活升級。

而充電車上，電池與底盤固定，一次買斷之后，電池續(xù)航就終身固定。隨著電池的使用年限增加，電池衰減還會使車輛的續(xù)航不斷降低。

3、換電提供了全新的商業(yè)模式。

蔚來現(xiàn)在正在做的Baas電池租賃方案。其75kw 電池包初始降價金額為 7 萬元，此后的電池月租為 980 元；100kw 電池包，租金和一次性買斷的價格更高。

根據(jù)上汽工作人員的透露，在推廣策略方面，未來魔方電池也會采用可買、可租、亦可升級等方案。

4、提升電動車的殘值率。

因為采用電池租賃方案的車型不需要考慮電池衰減問題。理論上比充電車擁有更好的估值。

綜上，換電不僅是提升電動車的補能效率這么簡單，同時具備提升電池安全性、可換可升級，以及提升二手車保值率等優(yōu)勢和特點。而這些恰恰又是目前純電動車市場的痛點。

電駒小結

一方面，魔方電池技術不僅能夠有效控制熱失控這樣的安全隱患，甚至還能做到雙針刺不起火、不冒煙，極大提高了電池的安全性。同時，憑借結構自由化，和支持快拆技術等特點，亦能夠實現(xiàn)可換可升級的模式。可以說，魔方電池的出現(xiàn)，不僅將推動換電模式的發(fā)展，甚至也會加速純電動車的普及。