【EQS连载二】3年前，奔驰就确定了安全电池的形态｜汽车预言家
作者|李响
编辑|王鑫
来源|汽车预言家
1900年8月，奔驰在乌特图克海姆购买18.5万平方米建造新工厂，生产奔驰品牌专属的发动机与变速箱。如果说，斯图加特市是承载梅赛德斯-奔驰品牌生命的地方，那么乌特图克海姆工厂则承载着梅赛德斯-奔驰品牌的灵魂。
梅赛德斯-奔驰的燃油车因这里登顶巅峰，机械增压、缸内直喷、电控泄压等独有技术，赋予了这座工厂“科技核心”的标签。
如今，这座工厂率先举起了“全面电动”的旗帜，作为奔驰率先完成电动化改造的工厂，成为奔驰电驱动动力总成生产基地。自2018年秋天开始，“Project Center eATS”的信条植根于每个人心中。2019年初，这里便成为了梅赛德斯-奔驰首个电池试点工厂，在这里进行动力系统预生产的测试与优化。
乌特图克海姆工厂从化石燃料到电能驱动，表面上看是能源的更替，但是与之相伴随的是奔驰的深度变革。它既是戴姆勒发展并取得成功的关键所在，更是戴姆勒从内燃机向电动汽车转型的重地。无论对奔驰，还是对全新EQS而言，这里都有着许多“第一次”和划时代的意义。
一个电池模组配置一个CMU
前不久上市的全新EQS基于奔驰大型纯电车型架构（EVA）平台打造，配备12块单模组约9.3度电的电池组、总容量高达111.8千瓦时的动力电池。通过测试，在CLTC工况下能实现最高849公里的续航里程，在欧洲WLTP工况下可实现770公里续航。除了全新EQS仅0.20的风阻系数外，动力电池也成为EQS高续航的关键。
乌特图克海姆工厂旧貌
今年3月，梅赛德斯-奔驰公布了全新EQS电池组的部分生产流程。据了解，全新EQS电池模组采用高镍NCM811三元锂电池。得益于高镍电芯与全新EVA平台原生的纯电动布局，全新EQS电池组与采用同款电芯的其他品牌相比更宽、容量更大。
全球汽车陆续搭载高镍电池之后，高活性电池，在保证续航的同时也为汽车安全带来全新的挑战。在绝大多数车型中，往往是一个CMU同时管理3-4个电池模组。所谓CMU，即电芯监控单元，用于监测模组内电芯状态，并及时向BMS电池管理系统单元同步信息，当电池过压、欠压、短路、漏电等异常故障情况出现时，可快速的控制整组电池的开断，避免电池被过充、过放。
值得一提的是，全新EQS在每个电池模组外都配置一个CMU，直接内嵌在模组主体上，相比之下，每个CMU直接负责的电芯数量越少，准确性也就越高，信号传递速度也就越快，在预警电池安全问题上也就变得更加迅速，相对的，安全性也就更高。
方壳电池兼得能量与安全
随着电动汽车市场的进一步扩大和对续航里程要求的不断提升，整车企业对动力锂电池在安全、能量密度、制造成本、循环寿命和产品附加属性等方面都提出了更高的要求。有报告显示，在原材料领域尚未获得巨大突破的前提下，适当增大电池的体积以获得更多的电池容量便成为一种可探索的方向。
在EVA平台下，电池舱的长度与宽度相比一般电动车型更加充裕，因此，从电芯成组形式来看，全新EQS全部采用铝制方壳电池，这是戴姆勒首次采用方壳电芯来打造纯电动产品。
目前，电芯封装形式主要有三种，分别为圆柱、方壳和软包。圆柱和方壳形电池的外包装多为钢壳或者铝壳。软包外包装为铝塑膜，其实软包也是一种方形，只不过与方壳电池采用的材料不同，不同的封装结构有着不同的特性。但大批量应用在整车上的只有方壳与软包两种。
由于方壳电池壳体多为铝合金、不锈钢材料，对电芯的保护作用要优于软包电池，但是并不是谁都能做好用好方壳电池。虽然方壳电池保护性更好，但也带来了更大的重量。因此，要保证能量密度，就要同步提升电芯容量。
粗略测算，如果将能量密度提升到300Wh/kg，那么单体电芯容量就会达到200Ah左右。全新EQS的高镍电池保证了单体电芯的容量，这同时意味着，高能量电池带来了更高的技术要求，也带来了更高的安全要求。业内数据显示，同等容量的软包电池只比铝壳方壳电池轻20%左右，但铝壳方壳电池的安全性与技术性是软包电池比不了的。
在生产方面，由于包覆材料不同，软包电池拥有更高的通用性，而方壳电池需要根据企业要的定制化生产，不仅要求企业有对电池包长期思考，也要求供应商要有足够的生产能力，这意味着，不是所有电池都能搭载到全新EQS车型上。
此外，由于内部结构性差异，方壳电池组内部的电阻更小，因此能获得更高的放电平台。对于锂电池而言，放电平台越高，电池性能越好。
首个采用底部涂胶工艺散热的电池组
目前，市面上所有的电动汽车上的动力电池系统都是由多个动力电池单体电芯构成，动力电池系统在工作过程中产生大量的热量聚集在狭小的电池箱体内，热量如果不能够及时地快速散出，高温会影响动力电池寿命，也存在一定的安全隐患等。
目前单体电芯导热主要通过导热铝板、导热垫、外壳，这种结构的散热效果很差，热量很难导出，经常导致电芯的温度过高。为了保证电池的容量以及工作温度，所以用新的元器件与系统配合达到最佳工作温度，从而使车辆有更好的续航。奔驰设计师除了在底盘部分加装一套液体集成热管理系统外，也革新性地采用了模组底部涂胶工艺。
相较于传统方案，胶料与电子器件的粘结性，灌封料使电子器件成为一个整体,从而提高电子器件的抗震能力，同时箱底涂胶更利于热量传导，有效降低电芯本身的温度。
但是目前三大类灌封胶材料环氧树脂、硅橡胶、聚氨酯的物理特性与化学特性各有不同，存在低温形变脱落、高温膨胀挤压、长期韧性变差等问题。这要求，在涂胶过程中需要根据材料的膨胀系数、粘度、韧性进行精密的用量计算。如果涂胶不匀，极易引发脱落、形变、热失控等风险，因此更多车企选择箱体涂胶的工艺，通过生产线流转使其自然铺开。
除此外，奔驰在全新EQS上首次应用电动机冷却系统，通过在转子轴上加设水冷装置为转子降温、针形针鳍散热结构为逆变器降温，以及变速箱油冷却器等布局，从而实现在高负载能力和多次加速的情况下，始终保持车辆的最高性能。
在多项加持下，全新EQS在110千瓦直流充电模式中，可在48分钟内将电量由10%补充至80%，在充电功率达到145kW的条件下，最快可在37分钟内将电量由10%补充至80%，换句话说，全新EQS可以轻松实现快速补能、时刻准备出发。