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針對傳統(tǒng)電池尺寸設計空間利用率低等一系列問題，研發(fā)團隊歷經多年攻關，開發(fā)出最大寬度達1200毫米、電池極芯體積利用率提升到98%的超大長寬比刀片電芯;發(fā)明了無模組高度集成的“三明治”動力電池結構，實現(xiàn)電池包直接碰撞不起火爆炸，解決動力電池熱失控痛點。

總部位于深圳的比亞迪汽車工業(yè)有限公司(以下簡稱比亞迪)日前宣布停止生產燃油汽車，成為全球首家正式停產燃油汽車的車企。憑借在新能源汽車領域雄厚的技術和優(yōu)勢明顯的全產業(yè)鏈研發(fā)能力，廣東制造企業(yè)再次走在行業(yè)前列。

發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路，是應對氣候變化、推動綠色發(fā)展的戰(zhàn)略舉措。面對高端純電動汽車自主設計的技術高地，比亞迪組建研發(fā)團隊，率先開展新能源汽車相關技術研發(fā)。最終，他們攻克了高端純電動汽車安全、續(xù)航、動力協(xié)同提升難題。近日，由比亞迪總工程師廉玉波領銜的項目“高端純電動乘用車關鍵技術研發(fā)及產業(yè)化”獲得2021年度廣東省科技進步獎特等獎。

瞄準高端純電動汽車技術難題

高端乘用車技術復雜，綜合性能領先，是技術發(fā)展的風向標，更是產業(yè)的制高點。占領高端乘用車市場是汽車產業(yè)由大變強的重要標志。然而，發(fā)展初期，我國電動汽車市場自主品牌局限于中低端，高端產品基本被國外品牌壟斷，亟須打造高端純電動乘用車，引領汽車產業(yè)電動化轉型。

“在電動車領域，我國已取得先發(fā)優(yōu)勢，汽車電動化為實現(xiàn)汽車強國戰(zhàn)略提供了重大機遇。但我國仍亟須抓住產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略窗口期，自主掌握電動汽車核心技術，才能占領高端純電動乘用車產業(yè)制高點。”2003年，廉玉波和團隊一頭扎進新能源汽車相關技術的研發(fā)中，成為我國最早一批進行電動車驅動系統(tǒng)、電池系統(tǒng)及功率半導體的研發(fā)團隊，“初衷是想將自身的電池技術優(yōu)勢與汽車技術進行聯(lián)動，開發(fā)新能源汽車，用以解決能源危機和環(huán)境污染問題”。

“從傳統(tǒng)燃油汽車發(fā)展里程來看，發(fā)動機、變速器、底盤，汽車核心‘三大件’的技術先進性，直接影響整車的產品競爭力?；跉v史經驗，我們認識到，如果不突破這些核心技術，即使電動汽車發(fā)展起來也還會受制于人。”在廉玉波看來，核心技術自主可控才能快速發(fā)展。

于是，廉玉波帶領研發(fā)團隊瞄準高端純電動汽車安全、續(xù)航、動力協(xié)同提升難題，著手開展“高端純電動乘用車關鍵技術研發(fā)及產業(yè)化”的研究。

“項目建立了高端純電動汽車全產業(yè)鏈研發(fā)設計制造能力，打造出漢、唐等系列化高端純電動乘用車，漢系列高端純電動乘用車已成為我國20萬級別以上市場唯一單月銷量連續(xù)過萬的自主車型。”廉玉波介紹說。

值得一提的是，項目成果實現(xiàn)對豐田等國外一流品牌的技術輸出和產品配套，近3年直接經濟效益超千億，打破我國汽車核心技術長期跟隨國外的局面，助力廣東省打造世界級新能源汽車產業(yè)高地，推動汽車產業(yè)電動化變革。

“三明治”結構解決動力電池熱失控痛點

要突破核心技術，研發(fā)團隊面臨重重的挑戰(zhàn)。電池是電動汽車的能量來源。對于汽車來說，長續(xù)航和安全都是基本要求，而高能量密度與高安全需求極為矛盾。

“我們有信心接受挑戰(zhàn)。”廉玉波說，“從2002年開始研發(fā)磷酸鐵鋰動力電池，到2005年首款動力電池量產，再到2008年首次搭載車型應用，十余年的堅持和積累，讓我們具備進行電池領域重大技術創(chuàng)新的基礎能力。”

針對傳統(tǒng)電池尺寸設計空間利用率低，限制續(xù)航提升、傳統(tǒng)電芯—模組—整包三層結構成組效率低，無法充分利用整包空間等一系列問題，研發(fā)團隊歷經多年攻關，開發(fā)出最大寬度達1200毫米、電池極芯體積利用率提升到98%的超大長寬比刀片電芯;發(fā)明了無模組高度集成的“三明治”動力電池結構，以超長刀片電芯陣列為骨架，創(chuàng)新高絕緣高熱阻結構膠將電芯與上蓋、底板直接粘連，實現(xiàn)電芯到整包無模組直接集成，系統(tǒng)體積能量密度達240Wh/L，電池包直接碰撞不起火爆炸，解決動力電池熱失控痛點。

“通過大量的材料、工藝和結構創(chuàng)新，我們成功開發(fā)出兼具高安全、長壽命、高能量密度、高性價比的刀片電池，可輕松應對針刺、擠壓、爐溫、過充(僅冒煙)等極端工況試驗。”廉玉波介紹。

研發(fā)團隊還自主構建高端純電動乘用車高電壓平臺設計制造體系;開發(fā)出首款量產車規(guī)級SiC驅動模塊控制器;創(chuàng)新發(fā)明“驅動—升壓充電”一體化拓撲結構，突破了高電壓車型在低電壓充電樁快速補能的難題，實現(xiàn)高端純電動驅動和充電性能的協(xié)同提升。

據了解，該研發(fā)項目授權發(fā)明專利79項，實用新型專利43項，主導制定了我國首個電動汽車安全強制國家標準等14項國家標準，代表中國主導制定了全球第一個電動汽車安全技術法規(guī)。

加強新能源汽車基礎學科研究

“當前新能源汽車行業(yè)加速變革，面臨著原材料價格暴漲、供應鏈不穩(wěn)定等嚴峻挑戰(zhàn)，我們將以此次獲獎作為新的起點，繼續(xù)加強新能源汽車基礎學科領域的研究，持續(xù)推出創(chuàng)新性的產品，解決新能源汽車發(fā)展面臨的難題和消費者關注的痛點。”廉玉波透露，高速、高效、高密度、低噪音、高性價比是純電汽車驅動總成的重點發(fā)展方向，在前期基礎上，他們將在第三代寬禁帶半導體器件基礎材料與設計技術、電機控制器功能失效保護新技術等方面開展進一步的研究。

廉玉波特別提到近年來從國家到廣東省日益濃郁的創(chuàng)新氛圍，尤其是廣東強化企業(yè)技術創(chuàng)新主體地位，不斷完善以企業(yè)為主體、市場為導向、產學研深度融合的技術創(chuàng)新體系。“政府鼓勵企業(yè)加強關鍵核心技術問題攻關，提升產業(yè)技術核心競爭力，在新能源汽車等領域啟動一批重大攻關項目，推動產業(yè)創(chuàng)新平臺建設，促進企業(yè)、高等院校、科研院所組建產業(yè)技術創(chuàng)新聯(lián)盟。”他說，“積極參與省、市重大專項項目，承擔工程創(chuàng)新中心和重點實驗室建設，與來粵設立科研機構的國內高水平院校聯(lián)合共建重點實驗室、技術創(chuàng)新中心等創(chuàng)新平臺，使得我們的技術創(chuàng)新能力和產品水平得到了大幅提升。”