我們知道,電池包里的一顆顆小電芯作為一個化學的儲能體系,在某些極端情況下(比如針刺試驗、碰撞變形等等),不可避免地會發生熱失控。

 

但###近這一半年里,新能源行業卻出現了一個有意思的現象。

 

像比亞迪的刀片電池、蔚來的100度電池、廣汽的彈匣電池、極氪的NTP技術、嵐圖的三維隔熱墻技術等等,就和提前商量好了一樣,都宣稱自己的電池包能“不起火、不爆炸”!

 

                         

而且,這一現象似乎還有蔓延的趨勢——

 

包括寧德時代在內,有不少動力電池企業都公開披露過自己的不起火電池包技術。其他的車企也不甘示弱,紛紛在電池安全領域展開了嘗試。

 

長城也不例外,###近發布的大禹電池技術,就玩了這么一手。

 

 

別人都是在阻隔熱量和主動降溫上下功夫,把熱失控控制在電芯層面,避免熱量大量聚集和蔓延,導致電池包熱失控。

 

長城卻反其道而行之,干脆從一開始就“放任”電芯放熱!

 

頗有幾分“他強由他強,清風拂山崗”的味道。

 

那么,長城的葫蘆里到底賣的是什么藥?這項電池黑科技,真的能保障電池包的安全嗎?

 

今天,我們就來好好聊一聊。

 

01. 大禹電池是個啥?

 

 

 

 

 

治水的大禹大家都知道,憑借“三過家門而不入”的堅定毅力,用了13年的時間疏通河道、消滅洪水,讓百姓過上了安居樂業的生活。

而大禹采用的方法,和前人筑壩擋水的方法有些不同。

 

因為洪水只靠堤壩是擋不住的,只有讓洪水順利地通向東邊的入???,縮短洪流淤積在中原大地的時間,才能徹底消滅洪水。

 

用四個字來形容,就是“改堵為疏”。

 

電池的熱失控,也和洪水有幾分相似。兩者都是會從局部蔓延到整體,不加以處理的話會釀成大禍,處理起來又都有幾分棘手。

 

 

關注新能源車的朋友們應該都知道,在新能源車的電池包里,會有幾個到幾十個不等的模組,而模組中間又會有若干顆電芯。

 

只要有一顆電芯出現問題,它就會迅速升溫、并且波及到周圍的電芯。結果就是許多電芯一起達到分解溫度,從而引發整個電池包爆燃,###終造成事故。

 

所以無論是哪家的電池包,只要提到電池安全,###重要的都是這兩點:一是監測,二是溫控。

 

一個###的BMS電池管理系統,必須要通過溫度傳感器提前監控到電池風險,及時給出升溫預警。電池包也要及時開啟主動降溫功能,避免電芯過熱自燃。

 

 

這就是用“堵”的方式來治理,只要不讓電池達到分解溫度就可以了。

 

簡單粗暴,但###為有效。

 

但出于維持電量的考慮,BMS很難24小時不間斷地工作,車企被迫要在下電和安全之間做出選擇。所以往往都是停車后維持一段時間,等到電池包沒有風險后再下電,節約電量。

 

如果新能源車的BMS不夠###、策略過于激進或者電池包損傷過于嚴重,就不可避免地會有一些充電或托底后自燃的情況發生。

 

 

這時候,就輪到長城“改堵為疏”的大禹電池技術出馬了。

 

既然洪水是止不住的,那么不如引導洪水往該去的地方去。

 

舉個例子,在某些嚴重拖底的情況下,外力沖擊會破壞電池隔膜導致電池短路、放出熱量。如果相鄰的幾顆電芯一同熱失控,溫度會超過1000℃。

 

這就有點像夏天的###場大暴雨,會引發河流水位上漲,變成洪水一樣。

 

 

因為三元鋰電池的正極材料在300℃時就會分解、釋放出氧氣,遇到可燃的電解液和碳基的負極材料就會開始燃燒,升溫又會進一步加劇正極材料分解,釋放出更多的氧氣加劇燃燒。

 

各家車企的電池包也會在模組和整包層面配備泄壓閥,讓高溫高壓氣體能夠從電池包中疏通出來一些。有點像主動開閘放水,避免洪水沖破堤壩,引發更大的危險。

 

這時,泄壓閥中會噴發出大量氣火流,隨之而來的是巨量的熱。單靠BMS系統換熱已經不夠用了,電池包處于整包熱失控的邊緣。

 

 

想要阻止自帶可燃物和氧氣的電池包繼續燃燒下去,常規來說只能從溫度上下手。消防員面對自燃的電池包也是用大量的水來降溫,慢慢等待熱失控的電芯反應完畢。

 

這就好比抗洪過程中加固堤壩一樣,只要不決口,等到雨停,就是勝利。

 

那如果讓這些熱量能夠通過一條安全通道,迅速排出電池包,讓其他電芯周圍的環境溫度低于200℃,那是不是就能把熱失控阻止在電芯層面了?

 

就好比以前的河道不足以容納如此高的水位,那就拓展河道、束水攻沙,讓洪流有處可去。

 

 

大禹治水是用控流+導水來“改堵為疏”的,大禹電池技術也是如此。

 

聽起來好像很簡單,但這可并不是有手就行的簡單操作,因為還有幾個難題。

 

###關鍵的一點,是如果核心溫度超過1000℃,相鄰電芯的溫度也很容易超過300℃。一旦其他電芯升溫,即使阻隔了氧氣也沒有用,電池包還是會劇烈燃燒。

 

河流的中游決口了,下游肯定不好過。

 

因此大禹電池技術把電池包里的安全通道做成了許多種形狀和樣式,在不同的位置采用不同的通道,目的就是避免熱量在某一處大量堆積。

 

 

而且還通過分流、導流和換流的方式,將熱失控的氣火流牢牢地控制在它該去的通路上,###終按照均勻的溫度、氣壓和流量安全排出。

 

支流多了,洪水自然也就不容易泛濫了。

 

 

但比起洪水來說,電池包還存在另一個問題:氧氣。

 

每一次當電池包內部的氧氣剛好快要用完的時候,電池包內外的氣壓差會導致空氣中的氧氣從泄壓閥進到電池包內,和可燃物反應,引發二次燃燒。

 

所以大禹電池技術在安全通道的末端設置了一種多層不對稱的蜂窩狀結構,在排氣降溫的同時控制氣火流的流量不要過快噴出,讓包內壓力始終高于電池包外,從而阻隔氧氣。

 

 

再加上電芯/模組間的絕熱材料、BMS控制下的冷卻功能和高溫絕緣防護,看上去大禹電池技術的防護范圍是足夠了。

 

但這么說,還是有些不放心。“放任”電芯在電池包內放熱,真的沒關系嗎?

 

02. 大禹電池真的安全嗎?

 

 

 

按照GB 38031-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》,長城針對大禹電池技術,來了一次加熱觸發熱失控的電池包安全測試。

 

 

為什么沒用針刺試驗?長城給出的原因是或許針刺看起來比較刺激,但加熱的方式會讓電池包內部的熱量更多,對安全性的要求會更高。

 

而且長城也的確選取了更容易自燃的811高鎳三元鋰電池作為電芯,也用上了全球###為嚴苛的中央兩顆電芯同時加熱的測試方式,從難度來看也并不簡單。

 

 

從長城公布的測試結果來看,在加熱過程中連續三次出現多個電芯集聚觸發熱失控,電池包的###高溫度達到1037℃,包內氣壓也達到三次高峰,瞬間###高氣壓約16kPa。

 

但電池包周圍并沒有明火出現,更沒有爆燃現象發生。外溢煙霧的溫度被控制在100℃之下,不會點燃車輛周圍的可燃物、造成二次傷害。

 

從測試中也不難發現,大禹電池技術的一個優勢就是無論是哪個位置的電芯出了問題、甚###是多個電芯出了問題,都做到了不起火、不爆炸。

 

據長城動力電池設計總監曹永強的介紹,這項電池技術并不是采用先開發、后測試的傳統做法,而是在設計之前就已經進行了無數次整包級的燃燒模型、熱力學和流體力學的擬合仿真。

 

 

在拿到數據之后,還要進行多層次的數據標定和細節調整。目的就是保證在任何情況下,都能保證電池包的安全。

 

另一個優勢,在于大禹電池技術的本質。它并不是對于電池材料的創新、能夠解決電芯自燃問題,而是通過電池包結構的創新,避免電池包甚###是整車層面的自燃。

 

長城專利清單中的專利名稱,也證明了這一點。

 

 

這也就是說,無論是523中鎳電池、811高鎳電池、磷酸鐵鋰電池還是未來的無鈷電池和固態電池,無論是30度電的小電池還是150度電的大電池,甚###是CTP電池包和CTC電池包,都能應用上大禹電池技術!

 

對于那些追求能量密度、穩定性降低的電池材料,大禹電池技術能夠為它們的安全性提供一個托底的保障。

 

而對于磷酸鐵鋰這種相對安全的電池材料,又相當于給電池包上了第二份保險。

 

有了拓展性之后,大禹電池技術也有了實用價值。其將于2022年全面應用于長城汽車旗下的新能源系列車型,###亮相會在高端新能源品牌沙龍的###款新車上。

 

 

###于大家###關心的價格和能量密度,現場給出的解釋是它是在結構上做出的優化設計,并不會顯著增加電池包的制造成本,甚###還可能比之前更低。能量密度也不會受到影響。

 

03. 寫在###后

 

目前,主要的電池技術路徑基本是兩條。

 

 

 

一條路是三元/無鈷電池/固態電池這種高能量密度電池,主要供給超長續航車型和高動力性高端車型,會為了電池性能放棄一定的穩定性。

 

但由于電芯一致性問題很難解決,無熱失控暫時還無法實現。

 

 

而另一條路,則是磷酸鐵鋰電池、鈉離子電池這種能量密度低但更加安全的電池,由于其造價低的優勢,主要應用于低端新能源車。

 

從銷量上也肉眼可見,新能源車正在逐步進入下沉市場,前景十分廣闊。

 

短期來看,這兩條路徑并行的現象還要再持續一段時間,高能量密度電池包依然需要注意電池安全問題。

 

大禹電池技術的出現,也的確提供了一種更加安全的解決方案。

 

有意思的是,長城在現場宣布:大禹電池技術的數十項專利將會向全社會免費開放。

 

 

要知道,在新能源領域,號稱自己開放專利的也僅有特斯拉、蔚來、豐田等幾家。

 

長城這次對外開放的態度,改變了不少人對于長城的一貫印象。

 

按照官方的說法,大禹電池技術不再是長城電池技術上的護城河,而是把它定義為電池行業內安全技術發展的加速器。

 

這項技術究竟好不好用,有沒有其他車企會用,到底是長城會受益、還是其他車企會受益,這些都是商業上的話題,我們暫時還無從得知。

 

 

但按照長城的愿景,到2023年,歐拉品牌的全球銷量要超過100萬臺,2025年長城系品牌新能源車的銷量,要在全球達到320萬臺。

 

想要實現如此遙遠的目標,還需要付出更多的努力。只靠國內市場是不夠的,海外市場也必須要發力。

 

但在新能源行業飛速發展的背景之下,在整個行業的推動之下,社長堅信,不出2025年,一定會有###少一家中國企業,能夠實現這個目標。

 

不信的話,我們到2025年再來瞧。