[车市情报] BMW第五代动力电池为什么更安全?从BMW iX3上一探究竟

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在去年11月的广州车展上,华晨宝马公布了旗下纯电动车型两个版本的宝马iX3售价。分别为BMW iX3领先型和BMW iX3创领型,售价分别为46.99万元和50.99万元,对于一款创新纯电车型来说,BMW iX3上最大的亮点莫过于首次采用了宝马第五代电驱系统(BMW Gen5 Electrification Powertrain)。

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在这其中就包含了第五代动力电池,电池包总容量为80kWh(有效容量为74kWh),在电池的核心部分采用了技术含量更高的811型(NCM811)镍钴锰三元锂离子电芯,相比现有宝马电动车型,电芯的能量密度提高了30%,BMW iX3在NEDC工况下的续航里程为500km,快充最大功率100kW,0-80%电量需要45分钟;慢充最大功率11kW,7.5小时可充满电。

如果单看数据表现的话,BMW第五代动力电池的整包能量密度并不算太高(154Wh/kg),但是动力电池绝不是一味地追求能量密度,而是要兼顾性能、安全、寿命等方面的全方位的平衡,毕竟可靠性是续航能力的前提,我们来看看BMW第五代动力电池的结构。

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在电池包核心部分,BMW iX3所搭载的宝马第五代动力电池采用了宁德时代的NCM811电芯,什么是NCM811?又为什么是NCM811?

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(信息来源:宝马官网)

相比111、523和622,811电芯镍的比例达到的8成,这意味着更高的能量密度以及更低的钴含量,在 NCM811 之前,523 以及 622 配比是市场中主要的三元锂电池生产路线,选择配比的核心是围绕着提高镍(Ni)并降低钴(Co)的含量,在技术上,更高的镍能够满足电芯更大的放电比以及相对密度,通过不断的降低钴含量,可以让电芯的成本更低。

iX3不是宝马第一款采用NCM811电芯的车型,此前宝马X1插混里程升级版、5系插混里程升级版,都采用了NCM811电芯,iX3再次采用NCM811电芯,也说明宝马对这一电芯认可。电池的安全性是一项系统工程,电芯是核心但是还需要合理的电池包结构设计和先进的制造才能够保障电池的安全。

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在一套动力电池系统当中,由电芯组成模组,再由模组加上冷却系统、电池管理系统构成电池包,BMW iX3的电池包也不例外,在其内部一共有10个模组、188个电芯。在安全防护上,BMW iX3的电池包从电芯层面到壳体都做到了相当完善的防护,比如电芯与电芯之间配置了一层绝缘膜以及隔离垫,再喷涂绝缘材料,相邻的电芯之间有3层间隔防护。这比有的新能源品牌仅使用简单的工艺进行电芯保护要负责人的多,自然消费者得到的安全保护也要充分的多。

在模组上,模组尺寸分成两种,8个模组的尺寸相同,上下层叠的模组的尺寸并不相同,采用不同尺寸的模组可以尽可能的利用空间保障电包容量。模组之间也预留了相当大的空隙,这是为了在发生碰撞等极端情况时,留出充足的缓冲空间。

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在热管理上,BMW iX3热泵与电池包热管理系统融合,能协同解决整车和电池包的热管理的需求;iX3看似完全封闭的双肾格栅之下,其实留有进风口,双肾下有可变进气格栅,用于给它后面的水箱做风冷,而水箱最终也为电池包里的冷却液降温。

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在外部防护上,BMW iX3在前底盘护甲上用的是5系铝合金 ,在防侧撞的强化梁、防碰撞吸能侧边型材、增强箱体强度的横隔板、高强度底板、后底盘护甲和接插件保护板上,用的都是6系铝合金 ,进一步保障电池安全。除了在硬件上保障安全性外,电池管理系统(Battery Manage System,BMS)也非常重要。(*注1:5系铝合金是不可热处理强化铝合金型材,6系铝合金是可热处理强化铝合金型材。)

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电池作为动力来源,必须串联使用才能达到电压要求,而多个电池串联使用一段时间后,电池内阻和电压产生波动,单体模组/电芯的状态差异会逐渐显现出来,不断循环的充放电过程加剧了单体电池之间的不一致性。电池成组后,大功率充放电时,电池组发热,在电池模块内形成一定的温度梯度,使各单体电池工作时环境温度不一致,将削弱单体电池间的一致性,降低电池组充放电能力。因此,为确保电池性能良好,延长电池使用寿命,必须对电池进行合理有效地管理和控制。

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BMW iX3的BMS(Battery Management System)实行了两级控制架构,针对电芯的电池管理单元(BMU)和针对电池模组的集中管理单元(CMU),在BMW iX3上采用了固定在模组上方一体式CMU来采集电芯的温度、电压、电流信息,把BMU直接固定在配电盒上,负责管理电芯的充电与输出情况。

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最后就是生产,BMW iX3的电池包由华晨宝马动力电池中心二期生产,华晨宝马动力电池中心的模组生产线实现100%自动化生产,采用喷涂工艺、加装绝缘隔膜等多种方式确保电芯之间彼此绝缘;生产线上运用等离子清洁、智能光学检查等先进的“工业4.0”技术,保证生产品质的可靠性和一致性。

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从模组生产线下线之后,模组进入高度灵活的电池包生产线。在这里,专业高压电池技术人员将电池模组与连接件、控制单元以及冷却单元一起整合在铝制外壳中,组装为完整的动力电池包。

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电池包生产线集成了100%在线泄漏和高低压检测,以确保最高质量标准。在检测方面,车辆电池包会经过一系列严苛的测试,包括128次机械测试,以及994次严格的软件功能测试,以确保其在整个生命周期都具有超高的品质,在大多数情况下,BMW的测试标准比法定标准更为严苛。在动力电池中心经过一系列技术领先、检验严苛的生产流程后,BMW第五代动力电池会被运往大东工厂并组装到创新纯电动BMW iX3上。
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整体上看,得益于宝马第五代电驱系统的技术轻量化、小型化、集成化和可扩展性的开发理念,BMW iX3将电动机、逆变器及变速器一体化整合成驱动单元,在保证性能的同时大幅降低重量并减少所需的安装空间;驱动单元与后轴整合为一体,实现了驱动效率的进一步提升。

BMW iX3配备直流快速充电和家用充电两个充电接口,直流充电可以接受最大100千瓦的充电功率,仅需45分钟即可将电池从0充至80%。而在交流充电最大功率11千瓦的情况下,仅需7.5小时即可完全充满。以日常通勤每天50公里计算,车辆充满一次电可以支持一整周的出行。

总结,BMW iX3的上的BMW 第五代动力电池优先选择了能量密度更高的NCM811电芯,在电池包的设计上始终以安全为第一位,再加上优秀的电池管理系统以及全车的安全设计,让BMW iX3不仅有着强大的电驱性能也有着足够的安全保障。
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