奧特能平臺：鋼刀配重鎧的安全電池

別克E4新車發(fā)布，通用奧特能電動車平臺在中國市場落地的第三款車型。

在上汽通用的奧特能平臺中，電池系統(tǒng)設計有著亮眼的表現，尤其在電池兼容性方面，表現出強大的能力。不僅是對不同電池容量大小的兼容，奧特能平臺還可以兼容各種化學體系，如磷酸鐵鋰、三元鋰電池，以及未來的鋰金屬電池和固態(tài)電池等。尤其在最近的設計發(fā)布中，上汽通用首次在國內引入了磷酸鐵鋰的短刀電池，就如同鋼鐵之刃與重鎧的完美搭配，具有獨特的特色。

針對“鋼鎧”的結構設計

電池的防碰撞安全再怎么強調也不為過。電池包不僅要滿足國標的基礎要求，更因為在實際使用中，可能遇到各種極端的場景，這些場景雖然少見，但一旦發(fā)生危險性很大，因此目前很多車企的電池包設計，往往都采用了高于國標的要求，這是每一家負責任的車企應有的擔當。

奧特能電池平臺的獨特之處在于電池包的“鋼鐵重鎧”設計。這種設計采用高強度的“井”字形框架結構，其中超高強度鋼占比達到了37.5%，而高強度鋼則占比約61%。這使得電池包的抗擠壓性能為國標要求的3倍。

電池包內部的橫梁與上蓋總成側邊防護梁采用1500MPa超高強度鋼材，托盤總成則采用10000MPa底部防護。這種設計不僅提升了電池的安全性，還增強了整車的扭轉剛度約45.8%，使得帶有電池包的整車扭轉剛度達到35kNm·度。這就像是給電池包穿上了鐵甲戰(zhàn)士的裝甲，讓電池包更加堅固和安全。

與業(yè)內其它技術的差異

新能源產業(yè)蓬勃發(fā)展的初期，在政策導向的鼓勵下，大量的電池包設計無一例外地追求更高的能量密度。這些設計的首要之處在于極大地提升體積和結構利用率，其終極目標便是盡可能地挖掘和利用更多的空間。

這樣的策略無可厚非，因為在發(fā)展初期總是需要有明確的技術發(fā)展導向。然而，隨著電池技術日漸深入人心，安全性成為了市場的關鍵詞，備受廣大消費者矚目。因此，電池平臺的設計哲學正在轉變，其優(yōu)先級的排列也開始呈現出差異性，取決于各家公司的獨特理念和戰(zhàn)略目標。

●? 追求“降本增密”的設計：

強調高結構利用率和成本效益，把電池作為結構件，從而實現更高的能量密度。這種設計的優(yōu)勢很直觀，即參數提高，但缺點也明顯：一旦如果電芯出現問題，無法修復只能全部更換；同時，電池作為結構件，在極端的碰撞情況下，安全性更讓人擔憂。

●? "鋼鎧"結構：

采用刀片電池配合高強度的托盤結構，雖然整體重量增加，但提高了電池包整體的安全性和可維修性。這里需要其他系統(tǒng)的設計工程師，全方位地配合電池的安全性，做出更多的設計優(yōu)化。所以背后更是企業(yè)理念的體現。

一以貫之的安全設計理念

除了結構上對安全的重視，奧特能的電池平臺與整車平臺關于安全的設計理念，也體現在對電池熱管理等關鍵領域逐步展開。熱管理分普通情況和極端情況兩種：

? 整車熱管理：設計的核心是尋求用戶適宜的環(huán)境溫度區(qū)間，充分考慮電池的使用區(qū)間，按照電池的獨特特性和壽命，為電池構建一個安全且可用的環(huán)境。

? 在極端熱失控情況下的管理：奧特能平臺的安全設計目標是保證顧客逃生的時間至少比國家標準的10倍還要充足。無論是抑制電芯間熱擴散的策略，還是防止電拉弧的設計，都是為了在遇到極端工作條件下，確保電池系統(tǒng)達到一個安全的底線，這種保護不僅在于防止整車起火，更是要在特別極端的條件下，保護車內乘客有足夠的撤離時間。

在過去的設計中，奧特能電池平臺的很多安全相關的技術做的很成功，在采用新電芯配方的電池包上，也體現出這些技術的轉移，包括集成式液冷系統(tǒng)、快速排氣通道、防拉弧、防爆閥、“車-云”兩端相結合的電池健康智能監(jiān)測系統(tǒng)等。主要有以下幾種：

1｜抑制熱擴散技術

一旦電芯單體發(fā)生熱失控，會釋放大量的可燃氣體。奧特能電池系統(tǒng)設計了快速排氣通道，能夠迅速排出高溫氣體，配合液冷板系統(tǒng)迅速散熱，減小對相鄰模組和電芯的影響。這種設計，配合電芯隔熱，以及外部水泵的加速工作，避免整個電池包發(fā)生熱失控，實現系統(tǒng)的零熱失控。

2｜集成式液冷系統(tǒng)

奧特能電池平臺在傳統(tǒng)的電池模組中配置了專利設計的一體化獨立液冷板，而新的短刀電池設計繼續(xù)堅持一體化的理念。通過液冷系統(tǒng)的獨特流量控制，能夠將電芯間的溫差控制在1攝氏度以內，大大延長了電池的壽命。為了提高充電功率，液冷板還設置在電池斷路單元中，以支持峰值電流負載并保持較低的溫度(<65°C)，減少對周圍零件的熱影響。

3｜模組和整包的防火設計

在奧特能電池平臺的傳統(tǒng)方殼設計中，根據泄壓閥的方向設計采用上蓋防火專利設計，電池上蓋內置氣凝膠防火毯，主要用于消除電芯噴射對上方部件的影響。而刀片電池的設計方案，同樣將防火設計的理念貫徹到電芯模組和整包的設計中，系統(tǒng)性地進行優(yōu)化處理和配合，以確保整體防火效果最佳。

4｜大面積防爆閥

奧特能電池平臺設計了大面積防爆閥，配合快速排氣通道，能夠迅速排出高溫氣體。不管是哪種化學體系和電芯形狀，這都是必備的安全設計。

5｜電氣防拉弧設計

隨著大家對電池的認知越來越深入，高壓元器件都需要采用在電芯熱失控后防止拉弧的設計，為電池系統(tǒng)提供了二次防護。在這點上，使用了刀片電芯的奧特能電池平臺也同樣做到了。

系統(tǒng)設計的重要性

電芯化學體系的聯合開發(fā)

對于汽車公司來說，動力電池是電動車的最核心的部件。要設計出一個優(yōu)秀的電動汽車平臺，需要從核心技術指標出發(fā)，通常包括容量、能量、能量密度、高低溫特性、充放電倍率和脈沖功率特性等。別克E4采用奧特能平臺專屬磷酸鐵鋰電芯，在設計開發(fā)與驗證過程中，通用汽車、上汽通用汽車、泛亞汽車技術中心和本土電芯供應商聯手完成。

具體到別克E4奧特能電池包的磷酸鐵鋰電芯，它的正級進行了優(yōu)化，包括采用0.6μm的磷酸鐵鋰顆粒，比行業(yè)普遍的1μm更細，帶來更高的比表面積，從而可減小5%內阻，并提升充放電功率，包括全新設計的碳包覆技術，提升導電性，實現更優(yōu)異的充放電功率，包括大小顆粒組合技術，能量密度提升11%；負級也進行了優(yōu)化，包括采用高容量石墨負極，可增加2%的電量，包括原位搭建離子傳輸快速通道，快充性能提升15%，包括采用寬幅化多點涂布工藝，微米級全程監(jiān)控，極片更加均勻，確保電芯一致性高。

這種聯合開發(fā)中，上汽通用汽車和泛亞汽車技術中心深入參與電芯材料體系配方的制定及優(yōu)化、制造工藝、性能評估、安全濫用等多個方面，并基于通用汽車全球統(tǒng)一的電池安全與性能標準，研發(fā)出了奧特能平臺專屬的磷酸鐵鋰電芯。這個電芯以其高熱穩(wěn)定性、強大的充放電功率、低衰減和長壽命的特性著稱，同時也協助電芯供應商共同優(yōu)化技術標準和提升產品加工工藝。

奧特能專屬電芯的聯合開發(fā)展現出了令人印象深刻的能力。

電芯的獨立驗證能力

上汽通用可在單體電池測試試驗室，同時測試96顆電芯樣品，電池包測試試驗室可以同時測試6個測試樣品，單體電池的測試項目主要包括溫度測試（零下40°C~85°C）和充放電測試、循環(huán)壽命、安全性、一致性、可靠性等多項指標。

在電芯/電池包試驗認證環(huán)節(jié)，經過100%電芯DCR（直流內阻）檢測、跌落試驗、擠壓試驗、針刺試驗等多項檢查，確保電芯/電池包的安全。

通過這些測試，可以讓設計工程師更清晰的知道一顆電池的特性優(yōu)劣在哪里，以及如何在細節(jié)上改進。

#小結

在現今市場上，為了達到輕量化的目標，大部分電池包會選擇鋁材作為主要的結構材料；在電池包的結構設計目標上，也以能量密度放在首位。然而，上汽通用的奧特能平臺堅持以安全為理念，一一以貫之地堅持使用鋼材。這種“鋼刀配重鎧”的設計理念使得電池包仿佛一個身披鋼鎧的勇士，堅韌而無比強大，確保了電池系統(tǒng)的極致安全性。隨著新能源汽車的普及，電池的安全性能被電池制造商和汽車企業(yè)越來越看重，因此我們預見電池包的結構強度也會越來越被重視。

奧特能平臺除了在安全性上獨樹一幟，其電池模組的設計也展現了兼容性強的特點。短刀電池的引入進一步推動了其能源效率和安全性能的提升。這正是我們期待在電動汽車平臺上看到的：不斷提高的安全性。上汽通用的奧特能平臺的新電芯配方的電池包在展示了“鋼刀配重鎧”的堅韌與全面性的同時，也展現了它的前瞻性和適應性。