随着电池技术的不断发展，如今电动车续航可以轻松突破600、700公里，甚至1000公里。但是在安全方面，近年来新能源汽车自燃的事故却从没有断过。为了提高动力电池的安全水平，各大车企和动力电池厂商纷纷推出不起火方案。其中，最为大家熟知的就是比亚迪的“刀片电池”、广汽埃安的“弹匣电池”，以及长城汽车发布的“大禹电池”。
“不怕火”的大禹电池
在今年的长城科技节上，长城汽车发布了“大禹电池”这一电池安全技术。长城汽车表示，“大禹电池”技术可以实现“电芯化学体系全覆盖”，“任意位置电芯”，“单个或多个电芯”触发热失控的情况下整包不起火、不爆炸。众所周知，为了追求高能量密度和高续航里程，越来越多的车企采用镍成分比例较高的三元锂电池，从“532”到“622”，再到“811”，维持电池稳定性的钴锰成分仅占约20%，在续航里程大幅提高的同时，电池安全性风险也在增大。而为了验证“大禹电池”的安全性，长城汽车特意找来最难以“驯服”的NCM811电池进行了一场实际测试。在实测中可以看到，电池内部通过加热方式触发热失控后（该测试方式的严苛程度要高于目前国标GB 38031-2020中单点针刺或者加热的热失控试验），在温度最高达到1037℃、瞬间最高气压约16kPa的情况下，依然能保证不起火、不爆炸的安全性能，“驯服”了NCM811这一当前可量产的最活泼、最不稳定的动力电池电芯。很多人肯定好奇：大禹电池究竟是如何做到“不怕火”呢？它到底有什么黑科技？“大禹电池”技术主要是从热源隔断、双向换流、热流分配、定向排爆、高温绝缘、自动灭火、正压阻氧、智能冷却八个方面提升安全性。长城汽车表示，其每一项核心技术中都有许多专利技术，目前已获得数十项核心技术专利。首先是热源隔断，它的最主要优势是从电芯、模组两个层级进行双重防护。电芯方面，所有电芯间采用全新开发的双层复合材料，既能隔离热源，又耐火焰冲击，有效解决了传统气凝胶不耐冲击的痛点。同时结合不同化学体系电芯循环膨胀特性不同，设计双层复合材料，既可有效解决电芯膨胀对空间的需求，又能隔离热源。模组方面，每个模组间都采用高温绝热复合材料，可阻止火焰冲击和长时间传热传导。防护罩设计定向排爆出口，能快速将模组内部高温气火流排出，避免模组内部热蔓延。我们知道热失控过程中会产生大量高温、高压气火流，大禹电池技术通过对多种类换流通道设计方案仿真模拟，实现换流强度和比例的精准化设计，有效控制热源按预定轨迹流动，减少对相邻模组的热冲击，可以避免再次引燃。热流分配则是通过搭建燃烧模型、热力学与流体力学拟合仿真、冲击强度和压力计算等虚拟技术应用，可实现气火流在不同结构通道内的均匀分布。定向排爆是通过分流、导流、换流将火源快速引导至灭火通道并安全排出。该技术目前已攻克了通道内压力和流量均匀化调节的难点，消除了热量集中，使气火流在通道内分层均匀流动。自动灭火则是在定向排爆出口设置多层不对称蜂窝状结构，实现火焰快速抑制和冷却，并通过多点化、均布化、小型化设计，有效减小体积、降低重量，提升降温效果。正压阻氧是根据蜂窝孔径及单位气体质量流量，保持包内压力始终高于包外，避免因氧气进入导致二次燃烧。高温绝缘主要是为消除热失控过程中的高温对铜排线束造成绝缘损伤，防止高压起弧损伤金属箱体，对高压连接及高压安全区域进行高温绝缘防护设计。针对电池安全拥有智能冷却监控和自动冷却启动系统，当电池管理系统识别到电芯已触发热失控，能够通过BMS和云端双重监控，确保整车快速开启冷却系统，抑制热扩散。其中冷却系统采用单张大冷板与箱体集成设计方案，能有效避免管路因高温泄漏和爆裂问题，并且可根据电芯和模组热失控温度状态，智能调节冷却系统的开闭时间、流速、流量等，实现不同热失控条件下、高效冷却策略。当然，在上述设计发挥作用的过程中，BMS也会通过温度监控察觉并及时提高热失控局部的冷却效率，配合电池包内部电芯间的隔断设计，有效减小热失控扩散的风险。总结下来，大禹电池控制热失控的原理便是“疏导”。正如长城汽车动力电池设计总监曹永强所言：“大禹电池不是以封堵为主，它是以疏导，就是将热失控的热源通过安全和精准的计算，快速疏导出电池包外，是一个“控”、“导”、“疏”的过程。”“控”是把热源通过材料在模组和电芯层级安全有效控制。“导”通过双向放流和定向排爆精准化设计，让它安全地沿着安全通道流动；“疏”在流动过程中会就近快速疏导到通道之中，在高压之下快速排出包外，排出之后通过材料抑制减少长时间传导。相比之下，市面上的电池很多都是通过隔绝热源达到不起火的目的，但不能彻底排除危险，只是延长逃生的时间。大禹电池能在隔绝热源的同时，把热量疏导出去，达到散热、冷却的目的，这样能大大提高安全性，同时长城的大禹电池会更全面，掌握的核心技术也更多。它不仅能应对单个电芯失热的情况进行控制，还能应对多个电芯触发热失控的情况，可以有效缓解用户对电动车安全焦虑的痛点。除了“堵不如疏”的思路外，“大禹电池”最大的优势是建立了热失控燃烧模型，实现了在没有电池包实物情况下的多维度拟合仿真，不必走“先摸黑开发、再测试验证”的老路，节约了重复打样测试的时间和金钱成本，提升了电池包的研发效率和安全性。
除了技术本身，大禹电池还有一个惹人注目的亮点：长城将把它作为一项开放性系列技术，向全社会免费开放。
曹永强表示，在专利开放程度上，大禹电池相关的专利全部是对外免费开放的，包括材料、结构、防护的技术手段全在专利里公开，这个覆盖了整个大禹电池技术。
花这么大力气研发出的技术直接公之于众，对此可能很多人表示不解。对此，曹永强表示，公开专利的目的，就是为了促进行业安全的提升，也为行业提供一个新的安全提升的思路。
电驹小结
为了解决电池安全问题，各个车企可谓绞尽脑汁。长城汽车从古人的智慧中汲取灵感，交出了“大禹电池”这一答案。再一次把动力电池安全推升到全新高度。
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