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终结谈自燃色变?岚图汽车发布琥珀和云母电池

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网易汽车9月17日报道 提起新能源汽车,很多人第一个想到的就是电池安全。每年多起的自燃事件,也让普通用户对新能源汽车电池安全存在诸多担忧和误区。

几年前电动汽车两三百公里的续航往往被人嘲笑,为了打消用户续航焦虑,提升电动汽车的竞争力,外加补贴政策引导,我们对动力电池的能量密度提出了更高的需求,但鱼和熊掌不可兼得,过高的能量密度,就会带来了更高的安全防护压力。

但是近几年,车企和电池供应商都在不断的提升研发能力,凭借技术和系统性设计,推出了诸多更安全的电池。

日前,岚图汽车发布了自研电池系统琥珀和云母,并在中汽中心实验室对两种电池进行了挤压、碰撞、高温淋水等安全测试。最终,琥珀、云母电池均以超国标数倍的标准通过测试。

动力电池新国标规定电芯单体热失控后,整个电池包不起火、不爆炸的安全时间为5分钟。

而岚图电池系统的测试成绩超过国标6倍,也高于行业普遍的17分钟热失控时间近1倍。

要知道,岚图汽车发布的琥珀和云母电池系统可都是三元锂电芯。


琥珀和云母电池是如何做到更安全的呢?

岚图FREE纯电及增程电池包测试 (来源:网易汽车综合)

评价一款电池的安全性,需要先搞清楚电池为何起火。

引发电池起火的核心原因是热失控,而导致电池热失控有4个主要的诱因:

1、 电芯生产缺陷

2、 物理层面的机械滥用

3、 过充过放的电滥用

4、 外部使用环境因素

很多人都知道,动力电池属于资金技术密集型产业, 电芯生产环节也同样复杂精细,生产效率和产品一致性要求很高。

曾经试图进军电芯领域的汽车零部件巨头博世,也对生产电芯心存敬畏,宣布放弃自制电芯,转而集中力量做BMS和PACK。

全球目前也只有宁德时代、LG新能源、三星SDI、松下等电池制造企业,达到动力电池一级制造商标准。

第二个诱因,机械滥用更容易理解了,主要是电动汽车在极端的情况下车辆发生的碰撞事故,甚至严重托底等。

这些会导致电池受到碰撞、挤压、撕裂甚至穿刺等情况发生,从而引发电池热失控引起火灾。

第三个诱因电气滥用,主要由过充电、电池内短路及电池老化等造成,如果从用车角度出发,大家最常接触的场景就是低温充电和快充。

外部使用环境因素主要是,夏季高温天气,如果电池组本身的冷却系统不给力,或者电池管理系统的温度监控不到位,加上内部缺陷,或者其他诱因,可不就火了么?

当然了,我们也需要知道,热失控是个一点点积累的过程,除了碰撞等极端情况,电池不是一上来就着火的。

以三元锂材料为例,电池温度达到200℃之上时,三元锂材料就发生分解,而磷酸铁锂材料需要800度左右。

正极材料分解,会释放出大量热和气体,更为要命的是这个时候,正极会释放氧,最伴随温度持续上升,导致电解质分解,大规模内短路,从而点燃电解液引起燃烧。

当然,这一系列的连锁反应中,如果关键的环节被打断,则可能会打断后面的连锁反应,从而大幅度降低动力电池热失控所带来的破坏。

因此,好的系统设计可以在保证能量密度的前提下,延缓或者阻断热失控的扩散,减少释放热量,降低能量释放速率。

那么车企会采用哪些措施阻止热失控,提升电池和整车安全?

岚图的琥珀和云母电池又应用了什么技术呢?

车企对动力电池的安全防护措施一般分为三项,电池材料本征安全、被动安全和主动安全,我们可以结合岚图的两个电池做个简单的分析。

电池本征安全可以看做是材料体系争夺,磷酸铁锂和三元锂是当前行业绕不过的两种电池。

磷酸铁锂原材料资源丰富、成本低,但缺点是能量密度低,与同等三元锂电池相比续航能力差点意思,且低温活性差,但最关键是安全性相对较好。

磷酸铁锂安全性好的原因是其正极材料为橄榄石结构,结构稳定性远强于层状结构三元锂,这就导致了磷酸铁锂的热分解温度要高于三元锂,并且热分解过程中,释放热量小。

三元锂电池的优点是能量密度高、充电快、低温衰减较低。虽然热失控安全问题相对较高,但这些可以通过BMS电池管理系统和硬件层面的设计做好防护。

此外,车企通常会对电芯正极材料采用包覆及掺杂技术,提升电芯的热稳定性。电解液也可以添加新型添加剂,实现SEI膜的自修复,从而改善电芯寿命,降低内短路风险。

可以看到,较于磷酸铁锂电池,三元锂电池有着更高的安全防护及热管理要求。因此,三元锂电池若想在高性能和高安全上达到平衡,冷却系统以及整个电池包的热管理系统是核心突破口,这需要车企投入更高的成本进行研发设计。

对于动力电池而言,电芯某些性能的不足,还可以通过电池包的设计,结构件的辅助等,达到动力电池包的安全性指标要求,比如被动安全。

被动安全是电池最重要的物理防护,传统燃油车车身结构可以用来吸收碰撞动能,但电动汽车整车和电池包框架的第一要务,就是保护内部的电芯和模组,这就是为什么纯电动汽车的框架需要更高的刚性,为啥油改电不太受大家待见的原因。



岚图针对电池PACK包做了五道安全防线,定制化开发了车身防护、高强框架、压力传递、形变吸能和电池双保险的电池安全结构设计。

车身是电池安全的第一道防线,岚图通过高强度热成型车身框架和门槛结构,可以让电池包免受撞击。

由于汽车的前后部都有足够的缓冲吸能空间,对于电池系统而言,侧面通常是面临威胁最大的方向。

岚图FREE(参数丨图片)的B柱结构,采用了1500Mpa超高强度钢材,在车门门槛位置,用了双层结构的1500MPa超高强度热成型钢;前后车门内部,还采用了2000MPa热成型钢制成车门防撞梁。

第二、三道防线来自PACK包自身也要够硬,岚图为PACK包设计了2横1纵的加强梁,这些强梁防护可以有效分解碰撞压力,可以让电池包抵御高达20吨力的挤压,相当于一辆轻型坦克的重量。

第四道防线,主要是对PACK包预设了超过30mm的形变空间,用于吸收碰撞时末端的挤压冲击,保护内部电芯免受损伤。

如果是极端罕见的强烈撞击突破了以上四道防线,岚图的电芯双保险(防爆阀、熔断装置)也能立即启动,切断电池内短路回路,释放额外气压,确保电池不起火、不爆炸。

除了物理防护,被动安全其他方面的设计依据是热失控发生之后,要及时抑制火焰,控制温度,延缓其他电芯热失控的传播,降低能量释放量和释放速度,保护乘客舱安全。

这其中需要热源阻隔的设计,也就是阻止单个热失控的电芯向周围电芯蔓延,通常做法是利用阻燃材料打造隔热墙,甚至某个电芯出现问题,还可以采取定点爆破的做法,主动让其退出工作序列。

这里说一个岚图热源阻隔的亮点技术-三维隔热墙。


岚图琥珀电池在电池包内使用充满带硅基的超强高分子隔热阻燃材料,云母电池则采用气熔胶隔热阻燃防护层。

三维隔热层更像是为每个电芯量身定制了安全仓,即使某个电芯出现暴躁情况,也只能老实呆在自己的单间内,不会去霍霍周围邻居。

今年3月份琥珀电池的热失控测试中,岚图是对电芯局部进行加热至300度,其中1颗电芯是主动受热,周围还有6颗电芯在测试过程中被动受热,总共是7颗电芯同时接受了测试。而最终电池包在测试中不爆炸、不起火、不冒烟,在静置50天后可以依然保持这一状态,刷新了行业安全纪录。

隔热阻燃防护层还需要考虑电池散热问题,岚图琥珀电池采用了小体积电芯,在散热性能方面具有先天优势。不过,岚图依旧会在每个电芯底部都配备了液冷系统,以保持电池包拥有稳定的散热能力。

说完被动安全,再说说主动安全。

主动安全主要包括BMS电池管理系统、热失控预警等设计。

热失控预警的目的是旦发生热失控,要为车内乘员及时提供报警,以便尽快撤离。新国标要求新能源汽车必须能够提供不少于5分钟的预警时间供乘客撤离。

这个之前提到过,岚图可以做到提前30分钟预警。

电池管理系统BMS的作用不难理解通过实时监控电芯状态,并给出最合理的充放电策略,及时释放电池包内堆积的热量,确保电池在全生命周期内不会出现过充、过放、过温、过流或短路等电滥用工况。

好的电池系统会在BMS的控制下,全天候采集电池温度、电压等数据,24小时对电池状态进行监测,发现异常时,立即启动电池速冷系统为电池降温。

但有个现实的问题,基于车端BMS只局限于单辆车本身的电池管理,且本地存储和算力均有限,无法对车辆提供长期精确的安全管理。

因此,目前主流的电池供应商和车企也都在搭建云端的电池管理系统,

云BMS可以通过大数据搭建电池安全模型,基于慢充、快充、行车等场景解析电池特征参数,并基于历史数据,诊断电池故障预警、寿命分析等功能,特别是对电池自燃等进行提前预测。

岚图的专属云BMS可以解析多达108个电池特征参数,做到提前2小时对冒烟、起火、爆炸等关键故障预测,对3级故障做到提前一周预警。

这个系统更为关键的是,可以同时在线服务百万辆车,提供全生命周期的电池健康和安全管理,实现追踪每一台车、每一块电池的使用数据,保障电池安全防护的千车千面。

真刀真枪的测试成绩如何?

岚图针对电池做的这些措施效果如何,需要严格的测试验证。

模拟碰撞测试挑战电池包无泄漏、外壳无破裂、电池包无起火或爆炸现象
模拟碰撞测试电池包无泄漏、外壳无破裂、电池包无起火或爆炸

挤压测试挑战电池包不起火、不爆炸
挤压测试挑战电池包不起火、不爆炸

高温淋水测试电池系统未进水,电池包无起火、无爆炸
高温淋水测试电池系统未进水,电池包无起火、无爆炸

目前,国际上电动汽车电池安全测试标准共计20余项,岚图在此基础上增加超60大项,通过80大项150小项的极端严苛测试,模拟用户用车场景,通过火烧、挤压、温度冲击、振动冲击、底部球击、冷却液泄露等远超国标的电池安全严苛测试。


试验室外,岚图累计进行的道路耐久试验里程超过300万公里, 整车、电池系统历经1000种路况以及零下40℃、高温50℃等各种极端环境的严苛测试。

未来电池发展规划

岚图官方表示,不久之后将量产的高镍三元软包电池,实现完全无热失控,未来还将导入能量密度高达330Wh/kg的电池技术。

岚图正在加快布局下一代电池安全技术,固态电池也已经列入岚图商品化开发的日程。岚图研发的大功率快充技术也即将量产,具备20分钟充60%电量能力。

同时在研的第二代超级快充技术,基于整车800V及SiC技术,充电时间将进一步减少到10分钟,实现充电10min续航400km的目标。

电池安全和续航在几年内都将是用户购买使用新能源车的焦虑点。通过种种试验和技术开发可以清晰的看到,岚图汽车正在不断提高电池的安全性和续航里程,一步步打消用户对新能源汽车的焦虑。

零焦虑的新能源汽车时代,离我们或许真的不远了。

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