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小米新一代电池包是如何设计的?

12小时前
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电动汽车着火了,是电池厂的电池不行还是车企设计得不行?

现在很多人有个误区,觉得买电车,只要选好品牌的电池就肯定安全了。真的是这样吗?

前两天小米做了一个关于电池安全的直播,里面有个比喻特别有意思,他们的工程师用"楼房"来比喻整车电池包的安全设计。

造电池包和建一个房子很像,一个高压电池包相当于一栋大楼,有200个房间(电芯等于一间)。

假设一整栋楼起火了,是每间房子的问题,还是这栋楼有问题?

这样比喻大家是不是就更清楚了? “房间”(=电芯)出了问题,是电池厂的责任; 楼栋着火了,是楼栋安全设计的问题。

在电动汽车发展的早期阶段,电芯的安全的确更重要,又要能量密度高,又要充电速度快,还要安全的电芯材料。 但是,能量密度越高的材料,在电池起火的时候往往越不可控(=不安全),电芯企业追求的是电芯的本征安全,关注电芯化学材料体系选择。

随着电池技术的进步,整车的电池安全设计也开始被越来越多的人看到。

如何设计大楼的框架(=电池包的结构),保证几十年风吹日晒雨淋还能安全。

如何设计大楼的安全通道(=泄压阀),如何在房间和房间之间设计防火、隔离(热安全)

电动车安不安全,考验的不只是一个电芯,还有整个电池包的设计,还有结构安全、热安全、电气安全、功能安全、大数据安全等等。

Part 1、电池包设计

这次雷总的直播里,可以看到很多新一代SU7 的电池包设计细节。

这个电池包我之前看过拆解的实物。当时看的时候,第一感觉是漂亮。 电池包也可以用漂亮来形容,它的设计非常规整,很简洁,清晰。 从这示意图上可以看到分成上盖、左右两边的模组、箱体总成和底护板总成四个部分。

● CTB

这款电池包采用的CTB(Cell-to-Body)设计,就是电池本身就是 车身结构的一部分,这个设计的好处首先就是非常坚固的,电池包箱体压铸部分跟大压铸后车体采用的同款采用材料,小米自研泰坦合金,强度极高 ,

电芯—箱体—上盖牢固粘合为一体。上盖集成了四根梁:两根 2000MPa 超高强钢横梁、两根 1500MPa 座椅横梁,与门槛梁配合,横梁的设计主要为了抗侧碰 ,提高扭转刚度。

新一代SU7超过51000 Nm/度,这全球量产车第一梯队顶尖水平。

● 底护板

电车,尤其是轿车,因为底盘低,电池就放在这里,所以特别考虑底部防护,这款电池包底护板共五层结构,由内到外分别是这五层:

特别值得说的是最外面这个防弹涂层,大家还记得去年雷总丢西瓜的那个视频不,把西瓜从五层楼丢下了还没坏,西瓜外涂的就是这个同款,抗刮擦性能比传统PVC涂层提升13倍。

在演示中使用了小针的实验做了对比,YU7和SU7新一代系标配。

● 结构胶

第二个看点是 结构胶。

电芯作为房间,是怎么跟大楼融为一体的? 靠的就是三种结构胶:

水冷板与电芯之间,用了导热结构胶 ,起到固定+散热的作用

上盖与箱体之间用了两道密封结构胶,绝缘+防水+抗老化,两道主要起到一个冗余,万一泡水了,第一道失效了,还有第二道

上盖与电芯之间,也用了固定电芯的结构胶,构成CtoB三明治结构

这些结构胶和整个壳体来做结构防护,对胶水的处理有讲究。

另外还有一个细节,电池包采用国际大厂产品胶水,这类细节往往不被消费者关注,但不同的胶,成本差很多,普通用户感知不到,但这些选材的差异决定了 使用年限。

● 气凝胶

气凝胶隔热层,这是也是目前电池设计中最关设计气凝胶是目前已知导热系数最低的固体材料之一,它的作用是阻止热传播 。

在这款电池包中,气凝胶使用面积超过 12 平方米。这是一个比较夸张的规模。每片电芯之间都贴一层气凝胶薄膜。

当一个电芯热失控,热量不会传递给其他电芯。失控被限制在单个电芯,进行热隔离。

● BDU

气凝胶是物理隔热,保险丝是物理断电,这两个设计在事故发生时都非常重要。

传统的设计采用继电器搭配被动保险丝的方案,依靠电流超限后物理熔断实现保护。为了让高压电气系统更安全,小米在 BDU 中搭载主动保险丝,这相当于一个智能电闸,一旦检测到异常高压,可以在4 毫秒内瞬间切断高压电

这是怎么实现的?主要靠的是BMU电池管理系统。这个系统同时监控200个电芯的电压、电流、温度、气压信号 ,而且是通过AI云端大数据 24小时监控,按汽车行业最高功能安全等级ASIL-D级设计。

随着电车的普及,可以通过大量的经验数据+AI的判断,提前发现电池可能有的异常,早期筛选来判断电芯有没有制造的问题,所以不管是电芯企业的制造能力提升,整个出厂的检测手段和在车上的检测手段都变强了。

Par2、小米汽车安全标准 vs 国标 对比表

根据直播的信息,我们简单做一个对比:

测试项目 国家标准(GB) 小米汽车企业标准 提升 / 差异说明
整车正面碰撞速度 55 km/h 64 km/h 碰撞能量增加 35%
侧面斜柱碰 常规点位测试 全侧面所有位置逐一碰撞 实现无死角侧面碰撞测试
整车碰撞体系 国标 C-NCAP + Euro NCAP + IIHS 同步三大国际最高安全标准
电池热扩散测试温度 按 GB 38031 55℃ 更高温恶劣工况验证
电池热扩散测试 SOC 国标规定 三元锂 97% / 磷酸铁锂 100% 满充 更接近真实极端使用场景
电池底部撞击球头 大于 25mm 25mm 更小球头 单位压强更高,更严苛
电池底部撞击能量 150J 150J 与国标一致,但配合小球头更苛刻
800V 系统绝缘要求 国标基础值 国标 5 倍 绝缘安全大幅提升
800V 系统防护 仅绝缘要求 绝缘 + 额外防水要求 防护更全面
电芯快充循环后短路测试 300 次快充循环后 1000 次快充循环后 循环次数提升至约 3.3 倍
电芯安全要求 不起火、不爆炸 不起火、不爆炸 满足国标基础上,耐久大幅提升

可以看到 小米是在国标基础上全面升级了

比如 正面碰撞从国标的 55km/h 提到 64km/h,能量多 35%;

侧面斜柱碰测试的点位更全面,这是跟三大国际最高安全标准同步。

电池热扩散的测试温度22℃±5℃提高到了55℃;SoC也从国标95%提高到了三元锂电池  97%、磷酸铁锂电池满电

800V 绝缘要求是国标的 5 倍,还额外加防水。

快充循环 这个次数也从300提高到 1000 次。

小结

这次直播的是小米的电池Pack工厂做的,还看到一些生产和测试的细节,再好的设计,还需要靠谱的制造过程的支持。比如整个PACK拥有 1301 个焊点,成品电池包经过 了1655 项测试;电芯间隙使用防溢胶条封边,避免胶液渗入缝隙等等。

回到最初的问题:

很多人买电动车时,总喜欢问一句:“你们用的是谁家的电芯?”

这个问题当然重要,但看完小米电池设计的这些细节,我们应该意识到——电动车的安全,早就不是只看“房间”的时代,而是看整栋“楼”的时代。

一个电芯的好坏,是单点风险;

但电池包的结构设计、热隔离方案、主动断电能力、制造一致性,是车企主导的能力。

真正的安全,不是“不出问题”,而是就算出了单点问题,整套系统依然能把风险锁在最小范围内。

今天的新能源电车,已经走到成熟的产业链,就后续要比拼的是整车厂的结构设计能力、制造控制能力、还有数据能力。

能量密度的焦虑正在下降,体系能力的竞争正在上升。

小米

小米

小米科技有限责任公司(Xiaomi Corporation)成立于2010年3月3日,总部位于北京市海淀区安宁庄路小米科技园,创始人雷军 ,是一家主要从事智能手机、智能汽车、芯片、 物联网和生活消费产品研发和销售业务,提供互联网服务,以及从事投资业务的中国投资控股公司。也是消费级机器人及智能硬件供应商,产品包括CyberOne、扫地机器人。

小米科技有限责任公司(Xiaomi Corporation)成立于2010年3月3日,总部位于北京市海淀区安宁庄路小米科技园,创始人雷军 ,是一家主要从事智能手机、智能汽车、芯片、 物联网和生活消费产品研发和销售业务,提供互联网服务,以及从事投资业务的中国投资控股公司。也是消费级机器人及智能硬件供应商,产品包括CyberOne、扫地机器人。收起

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笔者 朱玉龙,一名汽车行业的工程师,2008年入行,做的是让人看不透的新能源汽车行业。我学的是测试和电路,从汽车电子硬件开始起步,现在在做子系统和产品方面的工作。汽车产业虽然已经被人视为夕阳产业,不过我相信未来衣食住行中的行,汽车仍是实现个人自由的不二工具,愿在汽车电子电气的工程方面耕耘和努力,更愿与同行和感兴趣的朋友分享见解。