最近一年可以明顯感受到大廠們?cè)陔姵刈匀碱l發(fā)面前對(duì)電池安全越來(lái)越重視。最近Tesla在美國(guó)注冊(cè)了一系列專利都是和電池?zé)岜Ｗo(hù)以及熱失控相關(guān)的。比如下面這個(gè)最近公布的專利，在電池包上添加了注液口，正常狀態(tài)下依舊可以滿足防塵防水的IP要求，但是在電池?zé)崾Э氐臅r(shí)候，則可以使用特定工具通過(guò)注液口向電池包內(nèi)注入散熱液由此將電池?zé)崾Э匾种圃谛》秶鷥?nèi)。

其實(shí)哪怕沒(méi)有這么多自燃事件，電池安全也一直是電動(dòng)汽車(chē)高壓安全和功能安全最重要的一部分。比如這幾年高壓安全成為歐洲消防員必備培訓(xùn)的科目，因?yàn)殡姵責(zé)崾Э貧怏w燃燒的特殊性：氫氣本身燃燒的時(shí)候火焰是無(wú)色的，無(wú)法觀察很有可能直接走入火焰中。另外電池自燃的時(shí)候自帶氧化劑和還原劑，所以關(guān)于電池包的滅火往往只是覆蓋封存防止蔓延。

另外也正是因?yàn)?a href="/keywords/lilizi/" class = "seo-anchor" data-anchorid=121 target="_blank">鋰離子電池的不穩(wěn)定，電池包控制系統(tǒng)BMS也成為整車(chē)上和剎車(chē)相關(guān)的ESP平齊的關(guān)鍵安全系統(tǒng)。在電動(dòng)汽車(chē)上，BMS往往和ESP一樣要達(dá)到功能安全認(rèn)證的最高等級(jí)ASILD。

有很多原因都可能會(huì)導(dǎo)致電池?zé)崾Э?，有純硬件的因素：碰撞，?nèi)部外部短路，或者個(gè)別電池單體的熱失控而導(dǎo)致的整體電池包連鎖反應(yīng)。也有可能是軟件控特種致的，比如電池過(guò)充，電壓電流過(guò)高，或者主動(dòng)冷卻系統(tǒng)失效。

這也是為何從硬件角度來(lái)說(shuō)，電池單體的選型，電池包的結(jié)構(gòu)和材料，具體在車(chē)身上的布置，以及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都會(huì)對(duì)電池安全造成影響。就像Tesla的電池包平攤放置在中央地板上，一般追尾的時(shí)候相關(guān)于放置于后備箱的電池包可以有效避免沖擊，但是卻更容易因?yàn)榈妆P(pán)刮蹭而受損。

而在軟件控制層面上，為了避免過(guò)充，SOC（stateofcharge）計(jì)算是否準(zhǔn)鋰離子電池確，根據(jù)SOC而設(shè)定的充電和防電電流和電壓限值是否合適，以及對(duì)電池包具體溫度的監(jiān)控是否有效等等都會(huì)影響到電池安全。最近的一起蔚來(lái)自燃事故初步分析的原因就是因?yàn)椴迦氤潆姌屩蠓磸?fù)復(fù)充導(dǎo)致的，而復(fù)充邏輯本身則完全是控制軟件部分的設(shè)計(jì)。

正是因?yàn)楦邏弘姵氐牟环€(wěn)定性和各種頻發(fā)的自燃事件，這兩年各大主機(jī)廠都在從硬件和軟件兩方面下手改進(jìn)電池包，尤其是安全相關(guān)的設(shè)計(jì)。在硬件方面目前可以明顯看到的一個(gè)趨勢(shì)就是電池單體的選型趨勢(shì)越來(lái)越明顯，軟包電池開(kāi)始逐漸替代傳統(tǒng)的圓柱電池和方形鋁殼電池成為主流。

目前一般車(chē)載動(dòng)力鋰電池單體有三種選擇，一個(gè)是被Tesla廣泛使用的圓柱形電池單體，非常常見(jiàn)，被廣泛使用在筆記本電腦中。

另外一個(gè)則是除了Tesla之外被歐美廠商廣泛使用的方形鋁殼電池，硬殼鋁制包裝，形狀相比圓柱電池更加規(guī)則，在電動(dòng)汽車(chē)中布置更加簡(jiǎn)單，也被廣泛使用在對(duì)電池輕薄要求很高的手機(jī)、平板電腦這樣的應(yīng)用中。

第三種選擇也是這幾年越來(lái)越多被應(yīng)用在動(dòng)力鋰電池領(lǐng)域，并被汽車(chē)行業(yè)內(nèi)部看作高壓電池未來(lái)所在的軟包電池。軟包電池使用形狀和大小設(shè)計(jì)靈活的袋裝外包，帶來(lái)一種更加靈活和輕量化的電池單體模式。

其實(shí)上面三種電池單體在化學(xué)本質(zhì)上并沒(méi)有差別，更大的差別體現(xiàn)在具體的單體構(gòu)架和外包裝形式上。不要小看這些看似只是附件級(jí)別的差異，對(duì)整體電池包從成本，功能，布置到最終的安全都有決定性影響。

三種電池單體的比較可以參考下面這張表格，鋰離子電池廠家目前來(lái)看三種技術(shù)各有千秋：

軟包目前相對(duì)圓柱以及方形電池的最重要優(yōu)勢(shì)在于輕量化和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，比起圓柱和方形電池要輕薄得多。Tesla目前所用的圓柱電池因?yàn)槿萘繕?biāo)準(zhǔn)化單體容量小，于是單體數(shù)量極多，比如ModelS85的電池包由7000顆18650的電池單體構(gòu)成，將這些電池單體組裝為電池包要大量的支撐、連接和絕緣機(jī)構(gòu)。

軟包的更多優(yōu)勢(shì)重要體現(xiàn)在未來(lái)的潛力。Tesla會(huì)選擇圓柱電池單體的一大原因就是成本優(yōu)勢(shì)和能量密度：圓柱電池的重要成本優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)化程度高，電池單體的大小單一，所以生產(chǎn)成本低。而軟包電池的生產(chǎn)成本將在2025年左右追平圓柱電池，另外因?yàn)檐洶姵胤菢?biāo)準(zhǔn)化，所以可以按照廠商要生產(chǎn)成不同的形狀和容量，非常靈活，從中期來(lái)看軟包電池成本優(yōu)勢(shì)將比圓柱電池更加明顯。

另外也正是因?yàn)檐洶姵貑误w不是標(biāo)準(zhǔn)件，在未來(lái)單體容量和密度的拓展?jié)摿h(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)化的圓柱電池。

而回歸到電池安全問(wèn)題本身，未來(lái)軟包電池的應(yīng)用也會(huì)讓整體電池包更加安全。

-比如軟包電池的形狀和電池單體容量靈活多變，可以滿足不同電池包設(shè)計(jì)和布局的要，更容易滿足碰撞等意外中的電池包安全的機(jī)械設(shè)計(jì)要，不會(huì)因?yàn)椴季值南拗贫鵂掬囯x子電池牲安全。

-軟包電池更加扁平，相對(duì)方塊電池更易于與冷卻回路交換熱量而高效冷卻。

-單體容量可以在未來(lái)大幅度拓展并且可以按照需求非標(biāo)準(zhǔn)化鉅大鋰電定制。在單體一致性越來(lái)越高以及BMS充放電控制、冷卻控制越來(lái)越精準(zhǔn)的時(shí)候，大容量的軟包電池相比眾多小容量圓柱電池來(lái)說(shuō)系統(tǒng)可靠性更高。

-軟包電池因?yàn)榘b允許形變，和方形電池一樣也要預(yù)留變形空間，一方面在組裝的時(shí)候要考慮正常電池充放電的形變因素（這是相對(duì)圓柱電池的劣勢(shì)），但是從安全角度氣體快速生成的時(shí)候會(huì)起到一個(gè)緩釋的效果。

目前在市場(chǎng)上已經(jīng)有大量廠商開(kāi)始使用軟包電池。尼桑的Leaf和通用的Volt電池包所使用的都是軟包電池單體。在歐洲大部分歐洲廠商也開(kāi)始使用軟包電池，包括奧迪的e-tron和捷豹I-PACE。下圖所示的是12個(gè)LG軟包電池單體為一模組的I-PACE電池。

包括Tesla在2019年花2億美元買(mǎi)下做超級(jí)電容和電池的公司Maxwell，他們所展示的最新技術(shù)就是在10Ah軟包電池上應(yīng)用的干電極涂層，相關(guān)于以往的濕電極圖層可以大幅降低電池在防電電流下的內(nèi)阻容量損失，能量密度也可以超過(guò)300Wh/kg，未來(lái)計(jì)劃達(dá)到500Wh/kg，遠(yuǎn)高于目前Tesla250Wh/kg左右的能量密度。而Tesla本身最為看重的就是電池的能量密度和單位成本，未來(lái)很難排除Tesla轉(zhuǎn)為使用Maxwell軟包的可能。

在國(guó)內(nèi)，寧德時(shí)代去年開(kāi)始供應(yīng)量產(chǎn)三元軟包鋰離子電池，而億緯鋰能子公司億緯集能收到現(xiàn)代起亞軟包電池訂單，未來(lái)六年訂單需求將達(dá)13.48GWh。恒大最近除了控股國(guó)能汽車(chē)，收購(gòu)了英國(guó)的Protean輪轂電機(jī)公司，還以10.6億人民幣收購(gòu)電池公司卡耐新能源。

TIPS：卡耐新能源最初是由我國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心和日本銀泰股份有限公司共同出資成立的我國(guó)最早的三元軟包電動(dòng)力鋰電池制造商。

在國(guó)內(nèi)的自主車(chē)企中，卡耐新能源首先一批開(kāi)始供貨軟包電池的是前途體系下的三電系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)模塊華特電動(dòng)，并且被用在去年上市的前途K50車(chē)型上。

華特電動(dòng)在2013年就確定三元鋰材料軟包電芯技術(shù)路線，重要原因也正是因?yàn)殚L(zhǎng)期來(lái)看軟包未來(lái)能量密度提升和成本降低的潛力最大，布置靈活有益于電池標(biāo)準(zhǔn)箱的策略。同時(shí)在安全方面單體提升容量減少數(shù)量后整體系統(tǒng)可靠性和安全性相對(duì)眾多的圓柱電池單體更高。而比較方形電池，軟包電池又更加容易冷卻，同時(shí)在熱失效排氣的時(shí)候具有更大的外包緩沖空間。在高壓電池的安全方面，除了基于軟包單體，前途汽車(chē)整體技術(shù)路線還采用標(biāo)準(zhǔn)電池箱設(shè)計(jì)。

以K50為例，它的電池系統(tǒng)就是由10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)箱串聯(lián)布置在T型結(jié)構(gòu)中，降低了車(chē)輛在不同行駛環(huán)境下對(duì)電池安全的影響，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電池箱的結(jié)構(gòu)是6并10串600個(gè)軟包電芯。在針對(duì)軟包電池的安全優(yōu)化上，電池箱內(nèi)部的電芯之間采用了緩沖設(shè)計(jì)，能夠更有效吸收因電池充放電導(dǎo)致的尺寸變化。標(biāo)準(zhǔn)箱體內(nèi)布設(shè)了獨(dú)立水室，液體給電池供應(yīng)更高效的散熱性。為了強(qiáng)化軟包電池的機(jī)械支撐和保護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)箱體材質(zhì)采用了高強(qiáng)度SMC復(fù)合材料，在增強(qiáng)絕緣性的同時(shí)并沒(méi)有犧牲軟包的輕量化優(yōu)勢(shì)。

從功能上說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)箱設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于電池獨(dú)立模塊化，可以根據(jù)不同車(chē)型需求進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化組配，保證針對(duì)不同車(chē)型和動(dòng)力總成構(gòu)架快速搭配出不同的電池包組合。

而從安全角度考慮，標(biāo)準(zhǔn)電池箱的獨(dú)立電池管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電芯的獨(dú)立管理和監(jiān)控，假如單個(gè)的電池箱失效或發(fā)生故障，可以保障故障的反饋及時(shí)性，同時(shí)只需單獨(dú)更換有問(wèn)題的電池箱即可。并且單獨(dú)替換電池箱的成本更低，電池箱的高安全性及耐久型也能夠得到充分保證。

2020年前后不少這兩年新上市的電動(dòng)汽車(chē)都進(jìn)入耐久和可靠性的關(guān)鍵考驗(yàn)期，可以預(yù)見(jiàn)的是會(huì)有越來(lái)越多的電池相關(guān)問(wèn)題浮現(xiàn)出來(lái)。除了新的電池單體選型，關(guān)于電池安全目前主機(jī)廠和供應(yīng)商還在冷卻系統(tǒng)，單體熱絕緣系統(tǒng)上改進(jìn)設(shè)計(jì)，一方面避免熱失效，另一方面也在盡量將可能出現(xiàn)的熱失效控制在小范圍內(nèi)。

其他改進(jìn)還體現(xiàn)在BMS電池控制系統(tǒng)的軟件和控制策略改進(jìn)上，不少?gòu)S商開(kāi)始追求BMS最高功能安全ASILD認(rèn)證，并添加各類冗余設(shè)計(jì)，我會(huì)找機(jī)會(huì)再詳細(xì)列舉高壓電池軟件部分的改進(jìn)。

作者簡(jiǎn)介：一個(gè)kebab，歐洲新能源汽車(chē)軟件研發(fā)團(tuán)隊(duì)主管。