【原】不起火、不爆炸！看“大禹電池”如何“馴服”811電池？

電駒 2021-09-24

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隨著電池技術(shù)的不斷發(fā)展，如今電動(dòng)車?yán)m(xù)航可以輕松突破600、700公里，甚至1000公里。但是在安全方面，近年來(lái)新能源汽車自燃的事故卻從沒(méi)有斷過(guò)。

為了提高動(dòng)力電池的安全水平，各大車企和動(dòng)力電池廠商紛紛推出不起火方案。其中，最為大家熟知的就是比亞迪的“刀片電池”、廣汽埃安的“彈匣電池”，以及長(zhǎng)城汽車發(fā)布的“大禹電池”。

“不怕火”的大禹電池

在今年的長(zhǎng)城科技節(jié)上，長(zhǎng)城汽車發(fā)布了“大禹電池”這一電池安全技術(shù)。長(zhǎng)城汽車表示，“大禹電池”技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)“電芯化學(xué)體系全覆蓋”，“任意位置電芯”，“單個(gè)或多個(gè)電芯”觸發(fā)熱失控的情況下整包不起火、不爆炸。

眾所周知，為了追求高能量密度和高續(xù)航里程，越來(lái)越多的車企采用鎳成分比例較高的三元鋰電池，從“532”到“622”，再到“811”，維持電池穩(wěn)定性的鈷錳成分僅占約20%，在續(xù)航里程大幅提高的同時(shí)，電池安全性風(fēng)險(xiǎn)也在增大。

而為了驗(yàn)證“大禹電池”的安全性，長(zhǎng)城汽車特意找來(lái)最難以“馴服”的NCM811電池進(jìn)行了一場(chǎng)實(shí)際測(cè)試。

在實(shí)測(cè)中可以看到，電池內(nèi)部通過(guò)加熱方式觸發(fā)熱失控后（該測(cè)試方式的嚴(yán)苛程度要高于目前國(guó)標(biāo)GB 38031-2020中單點(diǎn)針刺或者加熱的熱失控試驗(yàn)），在溫度最高達(dá)到1037℃、瞬間最高氣壓約16kPa的情況下，依然能保證不起火、不爆炸的安全性能，“馴服”了NCM811這一當(dāng)前可量產(chǎn)的最活潑、最不穩(wěn)定的動(dòng)力電池電芯。

很多人肯定好奇：大禹電池究竟是如何做到“不怕火”呢？它到底有什么黑科技？

如何做到的？

“大禹電池”技術(shù)主要是從熱源隔斷、雙向換流、熱流分配、定向排爆、高溫絕緣、自動(dòng)滅火、正壓阻氧、智能冷卻八個(gè)方面提升安全性。長(zhǎng)城汽車表示，其每一項(xiàng)核心技術(shù)中都有許多專利技術(shù)，目前已獲得數(shù)十項(xiàng)核心技術(shù)專利。

1、熱源隔斷

首先是熱源隔斷，它的最主要優(yōu)勢(shì)是從電芯、模組兩個(gè)層級(jí)進(jìn)行雙重防護(hù)。

電芯方面，所有電芯間采用全新開(kāi)發(fā)的雙層復(fù)合材料，既能隔離熱源，又耐火焰沖擊，有效解決了傳統(tǒng)氣凝膠不耐沖擊的痛點(diǎn)。同時(shí)結(jié)合不同化學(xué)體系電芯循環(huán)膨脹特性不同，設(shè)計(jì)雙層復(fù)合材料，既可有效解決電芯膨脹對(duì)空間的需求，又能隔離熱源。

模組方面，每個(gè)模組間都采用高溫絕熱復(fù)合材料，可阻止火焰沖擊和長(zhǎng)時(shí)間傳熱傳導(dǎo)。防護(hù)罩設(shè)計(jì)定向排爆出口，能快速將模組內(nèi)部高溫氣火流排出，避免模組內(nèi)部熱蔓延。

2、雙向換流

我們知道熱失控過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量高溫、高壓氣火流，大禹電池技術(shù)通過(guò)對(duì)多種類換流通道設(shè)計(jì)方案仿真模擬，實(shí)現(xiàn)換流強(qiáng)度和比例的精準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，有效控制熱源按預(yù)定軌跡流動(dòng)，減少對(duì)相鄰模組的熱沖擊，可以避免再次引燃。

3、熱流分配

熱流分配則是通過(guò)搭建燃燒模型、熱力學(xué)與流體力學(xué)擬合仿真、沖擊強(qiáng)度和壓力計(jì)算等虛擬技術(shù)應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)氣火流在不同結(jié)構(gòu)通道內(nèi)的均勻分布。

4、定向排爆

定向排爆是通過(guò)分流、導(dǎo)流、換流將火源快速引導(dǎo)至滅火通道并安全排出。該技術(shù)目前已攻克了通道內(nèi)壓力和流量均勻化調(diào)節(jié)的難點(diǎn)，消除了熱量集中，使氣火流在通道內(nèi)分層均勻流動(dòng)。

5、自動(dòng)滅火

自動(dòng)滅火則是在定向排爆出口設(shè)置多層不對(duì)稱蜂窩狀結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)火焰快速抑制和冷卻，并通過(guò)多點(diǎn)化、均布化、小型化設(shè)計(jì)，有效減小體積、降低重量，提升降溫效果。

6、正壓阻氧

正壓阻氧是根據(jù)蜂窩孔徑及單位氣體質(zhì)量流量，保持包內(nèi)壓力始終高于包外，避免因氧氣進(jìn)入導(dǎo)致二次燃燒。

7、高溫絕緣

高溫絕緣主要是為消除熱失控過(guò)程中的高溫對(duì)銅排線束造成絕緣損傷，防止高壓起弧損傷金屬箱體，對(duì)高壓連接及高壓安全區(qū)域進(jìn)行高溫絕緣防護(hù)設(shè)計(jì)。

8、智能冷卻

針對(duì)電池安全擁有智能冷卻監(jiān)控和自動(dòng)冷卻啟動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)電池管理系統(tǒng)識(shí)別到電芯已觸發(fā)熱失控，能夠通過(guò)BMS和云端雙重監(jiān)控，確保整車快速開(kāi)啟冷卻系統(tǒng)，抑制熱擴(kuò)散。

其中冷卻系統(tǒng)采用單張大冷板與箱體集成設(shè)計(jì)方案，能有效避免管路因高溫泄漏和爆裂問(wèn)題，并且可根據(jù)電芯和模組熱失控溫度狀態(tài)，智能調(diào)節(jié)冷卻系統(tǒng)的開(kāi)閉時(shí)間、流速、流量等，實(shí)現(xiàn)不同熱失控條件下、高效冷卻策略。

當(dāng)然，在上述設(shè)計(jì)發(fā)揮作用的過(guò)程中，BMS也會(huì)通過(guò)溫度監(jiān)控察覺(jué)并及時(shí)提高熱失控局部的冷卻效率，配合電池包內(nèi)部電芯間的隔斷設(shè)計(jì)，有效減小熱失控?cái)U(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。

總結(jié)下來(lái)，大禹電池控制熱失控的原理便是“疏導(dǎo)”。正如長(zhǎng)城汽車動(dòng)力電池設(shè)計(jì)總監(jiān)曹永強(qiáng)所言：“大禹電池不是以封堵為主，它是以疏導(dǎo)，就是將熱失控的熱源通過(guò)安全和精準(zhǔn)的計(jì)算，快速疏導(dǎo)出電池包外，是一個(gè)“控”、“導(dǎo)”、“疏”的過(guò)程。”

“控”是把熱源通過(guò)材料在模組和電芯層級(jí)安全有效控制。“導(dǎo)”通過(guò)雙向放流和定向排爆精準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，讓它安全地沿著安全通道流動(dòng)；“疏”在流動(dòng)過(guò)程中會(huì)就近快速疏導(dǎo)到通道之中，在高壓之下快速排出包外，排出之后通過(guò)材料抑制減少長(zhǎng)時(shí)間傳導(dǎo)。

與其他電池安全技術(shù)有何區(qū)別？

相比之下，市面上的電池很多都是通過(guò)隔絕熱源達(dá)到不起火的目的，但不能徹底排除危險(xiǎn)，只是延長(zhǎng)逃生的時(shí)間。大禹電池能在隔絕熱源的同時(shí)，把熱量疏導(dǎo)出去，達(dá)到散熱、冷卻的目的，這樣能大大提高安全性，同時(shí)長(zhǎng)城的大禹電池會(huì)更全面，掌握的核心技術(shù)也更多。

它不僅能應(yīng)對(duì)單個(gè)電芯失熱的情況進(jìn)行控制，還能應(yīng)對(duì)多個(gè)電芯觸發(fā)熱失控的情況，可以有效緩解用戶對(duì)電動(dòng)車安全焦慮的痛點(diǎn)。

除了“堵不如疏”的思路外，“大禹電池”最大的優(yōu)勢(shì)是建立了熱失控燃燒模型，實(shí)現(xiàn)了在沒(méi)有電池包實(shí)物情況下的多維度擬合仿真，不必走“先摸黑開(kāi)發(fā)、再測(cè)試驗(yàn)證”的老路，節(jié)約了重復(fù)打樣測(cè)試的時(shí)間和金錢(qián)成本，提升了電池包的研發(fā)效率和安全性。

向全社會(huì)免費(fèi)開(kāi)放

除了技術(shù)本身，大禹電池還有一個(gè)惹人注目的亮點(diǎn)：長(zhǎng)城將把它作為一項(xiàng)開(kāi)放性系列技術(shù)，向全社會(huì)免費(fèi)開(kāi)放。