深度：比亚迪刀片电池安全性及车型平台综合研判

2020年3月29日比亚迪正式对外发布刀片电池。此前，新能源情报分析网已经连续刊出多篇就刀片电池系统综合研判稿件。在笔者看来，比亚迪刀片电池单体长度更大（最长尺寸超过2000mm），采用无模组封装工艺构成体积密度更大的动力电池总成。

实际上，刀片电池引领了全球动力电池安全新高度，不仅仅是比亚迪在电芯加工工艺、正极材料配比和封装工艺的全面提升，更是与正向开发的车型平台相结合的解决方案，。

1、比亚迪系刀片电池的安全性：

结合对三元锂电芯、块状磷酸铁锂电芯、刀片电池，进行对比针刺测试全过程及结果的视频（截图）进行对比。

上图为三元锂电芯进行针刺实验的视频截图特写。用直径为5mm的钢针对电芯进行穿刺，造成电芯内部的大面积短路。三元锂电池在针刺瞬间出现剧烈的温度变化，表面温度迅速超过500℃，并发生极端的热失控—剧烈燃烧现象，电池表面的鸡蛋被炸飞；

上图为对块状磷酸铁锂电芯进行针刺实验的视频截图特写。

备注：块状磷酸铁锂电芯即LFP（磷酸铁锂）作为正极材料，早在2006年用于比亚迪F3e电动汽车动力电池；

传统块状磷酸铁锂电池在被穿刺后无明火，有烟，表面温度达到了200℃-400℃，电池表面的鸡蛋被高温烤焦。

上图为对刀片电池进行针刺实验的视频截图特写。

备注：刀片电池及采用无模组封装工艺构成的动力电池总成，将用于“汉”车型；

刀片电池在穿透后无明火，无烟，电池表面的温度仅有30-60℃左右，电池表面的鸡蛋无变化，仍处于可流动的液体状态。刀片电池的安全性，超过了当下商用车常用的块状磷酸铁锂电芯，更优于乘用车多采用的三元锂电芯。在对比三元锂电芯、块状磷酸铁锂电芯和刀片电池的针刺测试过程及结果，刀片电池之所以完全胜出，不仅是正极使用改进的磷酸铁锂材料，负极也采用了更安全的材料和设计。虽然比亚迪没有公布电解液的配方是否变化，但是比亚迪已经对决定安全的正极、负极和电解液中的前两个部分的配方进行了改变。

2、比亚迪坚持磷酸铁锂电芯、电池系统及整车应用：

2020年，比亚迪制造的e6系列EV车型（续航400公里、续航500公里）不仅用于中国众多城市的出租车运营，还出口至巴西承担警用巡逻任务。比亚迪制造的秦PHEV车型，保留了原车的动力总成和磷酸铁锂电池总成，连续参加了2014、2015、2016、2018、2019年的CRC赛事。

与此同时，中国、美国和英国的比亚迪基地制造，采用轮边电机、铝车身以及标配不同级别液态热管理系统磷酸铁锂电池总成的K系列电动客车，在美国、英国、欧洲、南亚、南美等市场以“没有任何竞争对手”的状态承担公交车运营任务，甚至出口至日本的K系列电动客车还被加装车无人驾驶系统进行测试和使用。

在过去的10余年间，比亚迪自行研发和量产的磷酸铁锂电池，无论单体，还是密度都在不断地提升并装车应用。为EV车型适配的能量型磷酸铁锂电池和为PHEV车型适配的功率型磷酸铁锂电池，都在功率密度和放电效率上进行持续不断地改进。

3、与刀片电池配合使用的无模组封装工艺：

传统的三元锂或磷酸铁锂电池总成，以电芯为基础单位，N组电芯构成一个模组，N个模组构成1个动力电池总成。在1套动力电池总成内不仅有电芯构成的模组，还有用来伺服的散热管路（风道）、高压线缆、BMS模块和低压线缆。而决定动力电池总成的能量密度，不光只有电芯，还有这些附属系统。如果这些附属系统过多、过重，就会降低动力电池总成的能量密度。为了提升动力电池总成能量密度，增加电芯的能量密度是最简单的方式，但是换来的却是稳定性的降低，就要用更复杂的附属系统进行抑制。

比亚迪刀片电池的技术思路是：用单体体积更大的刀片电池+无模组封装技术，换来的是更好的主动安全性和体积密度的提升。通过针刺实验，印证了磷酸铁锂电芯的安全性。而去掉了起到支撑作用的壳体内部的横梁和纵梁，简化结构降低附属系统的重量，间接提升系统的能量密度。

上图为比亚迪刀片电池+无模组封装工艺构成的动力电池总成内部结构简图-1。

大尺寸的单体横向铺设在壳体内，前后与两端加装侧板和端板；底部安装底板和隔热层，顶部安装顶板和用于热管理的水冷板。

上图为比亚迪刀片电池+无模组封装工艺构成的动力电池总成内部结构简图-2。

横向铺设的大尺寸单体间设定隔热层，用于电芯对外热（冷）交换进行。全部单体侧端的防爆阀“内设”排气通道并进行物理隔离。为了保证电池总成外壳体刚性，采用多种铝合金焊接工艺和高强度结构胶。

构成比亚迪刀片电池总成的无模组封装工艺，不仅仅是取掉加强梁后的结构强度的保证。还包括：设定在大单体顶部水冷板的冷热交换控制能力，全部电芯单体间温度差保持在3摄氏度；电芯自身强度、抗扭性和自重的均衡；高压配电系统布置在电池壳体内外的多种配电系统的设定。

比亚迪刀片电池大幅提高了体积利用率，最终达成在同样的空间内装入更多电芯的设计目标。相较传统的有模组电池包，“刀片电池”的体积利用率提升了50%以上。无模组封装工艺不再单纯的是一种体积密度提升的手段，还囊括了对电芯单体自身的被动安全性、车型平台集成的扩展性，和很容易被忽视的基于全球新能源全产业发展的预判能力。

4、以安全性为导向的比亚迪刀片电池系统的整车应用：

2019年8月，比亚迪对外公开了“e平台|平台战略下的标准包设计理念”。在“e平台|平台战略下的标准包设计理念”中，除了“e平台”电驱动技术的解读，还公布了全新的标准化动力电池总成的一些数据。

如上图所示，这种标准化的动力电池总成，2种标准化的高度（110mm和140mm）、2种标准化的宽度（1100mm和1300mm）。并且具备扁平化、子系统高度集成、电芯单层布置和体积成组率＞65%的能力。显然，这些功能性描述十分接近，即将公布的采用无模组封装技术构成的刀片电池系统。

或在2020年6月之后上市的比亚迪“汉”车型将首先配置不同属性的刀片电池系统。采用正向研发的车型平台，“汉”车型的EV版和DM版。

通过对比亚迪官方发布的汉EV宣传片细节研判，接近3000mm的轴距将刀片电池系统完全融进驾驶舱底部的车身焊接内。“刀片”电池系统的前后左右，四个方向的边缘都没有突出于车身焊接最底端，并对刀片电池系统的大单体电芯的尺寸有了初步的设定。

作为拥有独立研发和制造电池、电驱动和整车的新能源全产业链的比亚迪，与正向研发的车型平台相结合，利用车身焊接的前部动力舱、后部地板焊接、两侧边梁焊接，最终获得提升体积密度的刀片电池系统外壳体的多重被动安全设定。

与车型平台相结合，是加强刀片电池结构安全的一方面。而刀片电池内在的稳定性和安全性，又与汉EV0-100加速3.9秒的表现有着直接关联。

前文提及的长达28分钟对刀片电池穿刺测试全过程中，内部短路后没有出现热失控引发的起火、燃烧现象，甚至壳体都没有变形，最高温度也没有超过33摄氏度。这意味着在“汉”车型使用的全寿命周期内，即便习惯性的急加速（大倍率放电）和600V高压平台具备的大倍率充电工况下，刀片电池依旧可以赋予整车内在的安全性以及较低的衰减效率。

也正因为刀片电池系统具备对温度的“不敏感”设定，在高温和高寒环境使用时的续航里程和充放电效率，将全面超越同时期量产的任何基于三元锂电池系统的同类车型。

笔者有话说：

对三元锂电芯、块状磷酸铁锂电芯和刀片电池进行对比针刺测试，最直观的结果就是，在不同时间表现出不同的安全表现。在长达28分钟的穿刺过程中，刀片电池最高温度没有超过33摄氏度，没有起火甚至发烟等涉及安全的物理现象出现。很好的体现了构成刀片电池具备的绝对主动安全优势。

刀片电池与均衡了结构强度、热管理系统和配电系统的无模组封装技术，为来自电芯的主动安全优势额外增加了一道源自壳体的被动安全优势。

比亚迪刀片电池系统的出现，就是王传福所坚持磷酸铁锂电池技术的延续。只不过在2016年-2020年期间，受将电池能量密度与补贴额度挂钩的产业政策影响，比亚迪从磷酸铁锂电池转向能量密度更占优的三元锂电池路线。

不过，横跨乘用车、商用车和特种车市场的比亚迪，在乘用车换装三元锂电池+不同技术状态的热管理策略技术的同时，继续量产装载磷酸铁锂电池续航里程达到500公里级的e6电动汽车（主打出租市场）。而面向全球范围销售的K系列电动客车，在2017年就配置了能量密度突破160Wh/kg，标配热管理策略的标准模块化的磷酸铁锂动力电池组件。

2020年，中国新能源产业发展从“政策驱动”型，向“市场驱动型”快速转变，补贴额度退坡，政策指导弱化。更加安全的磷酸铁锂电池重新回归市场，而此时的刀片电池将兼具超级安全以及高续航的强大优势席卷市场。

文/新能源情报分析网宋?

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。