老板，来个烤电池包！
时间:2021-03-26 17:17 来源:汽车头条 作者:42号车库
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我们最近对动力电池安全问题做了一个简单用户问卷调查，在填写问卷的 195 名用户中，包含 145 名认证电动车车主。其中有 96 人（占比 49.4%）表示动力电池安全是足以影响最终购车决策的因素。98 人（占比 50.5%）认为动力电池安全在购车时考虑的优先级是和车辆的价格、性能持平，59 人（占比 30.4%）甚至将其视作购车的第一优先级。 另外在我们的问卷调查中有 127 人（占比 65.4%）认为严格的电池安全测试是体现电池安全的加分项，比如针刺、火烧。 但除此之外也还有 74 人（占比 38.1%）认为虽然磷酸铁锂电池更安全，但锂电池性能更好，他们更青睐后者。 从这次的问卷中不难看出，如今消费者在购买纯电动车时电池安全依然是一个重要的考虑项目，在汽车电动化趋势的影响下消费者对于这方面已经建立起了初步的认知。并且即便磷酸铁锂电池更安全，仍有相当一部分用户因为性能更青睐三元锂电池。 绕不开的电池安全 安全，是有标准的 对于动力电池安全大家最怕的就是电池起火，而动力电池起火通常就是由系统短路、系统温度过高、电池结构受到挤压等因素引起的系统性热失控。 所以，如果通过一定的措施可以让电池避免系统性的热失控，那电池系统的整体安全就可以得到很大的提升。 这些年我们国家在政策上大力推广新能源的同时，其实也在积极推动行业对于电池安全的重视。在去年颁布的 GB 38031-2020 中对于电池热失控做了强制性规定。文件中指出：
而从 2021 年 1 月 1 日开始，非镍氢电池包都要按照 8.2.7.2 进行「热扩散乘员保护分析和验证」。
国标中提出「电池包或者单个电池热失控引发热扩散进而导致乘员舱发生危险之前 5 min，应提供一个热事件警报信号。」
而如果在这 5 min 内的热扩散不会导致乘员危险，即产生明火，那么系统的安全性即视为满足条件。 国家出台的这一强制安全标准将动力电池安全的底线清楚且严谨地公之于众，而我们的行业内也有不少优秀的企业做出了积极的回应。 去年比亚迪做了磷酸铁锂电芯层面的针刺试验，期间电芯在整个试验中没有发生起火。上汽 R 品牌在发布会上也表示自己的电池包在火烧热失控测试中可以保证 30 min 不发生热扩散，远高于国家制定的 5 min 强制标准。 再后来蔚来 100 度电池包发布会上也表示自己的电池包在热失控以后「只冒烟，不起火」。还有近期广汽也用三元锂电芯的「弹匣电池」做了针刺试验，试验中电池系统也是「只冒烟，不起火」。 同样也是最近的时候，岚图品牌声称它们的三元锂电池包在热失控试验中可以做到「连烟都不冒」。而带着好奇和质疑的心态我去仔细看了看他们这次的试验内容。 不冒烟的热失控试验 岚图此次用来做热失控试验的电池包是其岚图 FREE 纯电版量产车型上会用到的电池包，电芯化学材料为 NCA 镍钴铝三元锂电芯，电芯则是由三星提供的 2170 圆柱电芯。 一开始在得知道这些信息以后我是有些惊讶的，一方面是用于试验的电池居然是高能量密度的 811 配方，从我的常识上来说这对于电池的热失控措施是提出了更高要求的。 另一方面是岚图居然采用了圆柱电芯，圆柱电芯组成的电池系统也是因为工艺问题和电池管理难度的问题仅有少数厂商有信心使用，而其中最著名的莫过特斯拉，另外这次岚图采用的 2170 电芯按特斯拉的说法也是其经过散热和比能权衡考虑经优化后推出的第二代圆柱电芯。 回到热失控试验，这次岚图采用的是国标中通过加热使电芯出现热失控的方法。和厂家的技术人员沟通的过程中他们告诉我，在电池包装配生产的时候，他们在其中的一个圆柱电芯上安装了一个微型的加热装置，并按国标中的要求在周围布置了温度传感器。 试验的电池包电量为 100% SOC，试验中岚图工作人员控制提前安装好的微型加热装置对电芯进行加热，最高到 300℃，触发单个电芯的热失控，并监控电池包的状态。
最后的结果是整个试验中除了热失控的电芯，电池包内的其余电芯均未发生进一步的连锁性热失控，即便是最靠近失控电芯的最内圈电芯，试验中的最高温度也控制在 70℃ 上下。
如果从电池包外部来看，整个试验下来几乎没有任何变化，没有爆炸，没有起火，而且如官方所说，连烟都没有冒。
对于这样的结果我是比较惊讶的，其中最大的疑问在于这个电池系统是到底是如何杜绝热扩散将热失控锁死在单电芯的？ 不「火」的电池包 电芯级的全方位阻燃壁垒 目前行业内绝大多数的方壳电芯都是电芯 - 模组 - pack 的成组方式，为了提高成组密度，电芯之间往往是紧挨着的，虽然电芯自身有阻燃设计，但更强有力的阻燃结构通常不会每个电芯都有。 另一方面因为方壳电芯的单体体积大，电池包的厚度又有限，所以阻燃的结构通常也是横纵方向上的。 而前面有提到岚图这次试验的电池包采用的是 2170 圆柱电芯，在进一步的信息中我了解到岚图在将电芯封装至电池包内的过程中进行了电芯级的阻燃防护：除去电芯两端连接到电池包电路系统以及电池包液冷温控系统的部分，电池包内每一个电芯都用高分子阻燃材料进行了全方位的包裹阻隔。
而当每一个电芯都处于高分子阻燃材料的隔绝下「隔离室」时，单个电芯的热失控就很难蔓延到相邻电芯了。 不过这里讲的都是人为在电芯上放置加热装置让电池热失控以后的极端情况，属于电池安全的最后一道防线，为了保证电池系统的整体安全，肯定不能只依靠一种措施。 IP X9K 密封、200 kN 抗压，这个电池包很难坏 要避免电芯出现热失控，电池包系统是硬件上的关键一环。首先是密封，处于底盘底部的电池包如果密封不足那在涉水时那很可能导致电池包进水。 为做好密封，岚图在电池研发期间让电池包通过了两项严苛的测试。一项是通电状态下在 1 米深的海水中浸泡 2 小时。另一项是用 85℃ 的热水以等效 100 个大气压的压力进行喷射密封测试。
在通过以上试验，达成行业顶端的 IP X9K 密封标准之后，这块电池包还要经历耐腐能力的盐雾测试，通过模拟使用期间的自然腐蚀来确保电池包的密封效果是经得起时间考验的。
密封之后，还有电池的结构强度。因为底盘磕碰导致电池包变形起火的案例已经发生了多起，针对这种情况，岚图在电池包的结构强度上做了不少的考量，材料上使用的是高强度铝合金，结构上也设计了多处加强筋。最后实现的效果是可以承受 200 kN 的挤压，即 20 吨的挤压。
基于这样的强度设计，车辆碰撞测试中对电池包威胁最大的 75°，32km/h 车辆柱碰测试后，这款电池包的形变程度依然没有挤压到内部的电芯，电池包的防护能力由此可见一斑。 在此之外，振动、绝缘、泡水、多向机械冲击、高低温等等试验在开发期间很多时候是在同一块电池包上进行的。 在岚图的研发人员看来，真实世界中车辆会去到各种不同的环境，电池包面临的挑战就是多维度、组合性的，所以在同一块电池包上进行连续地多项组合试验是很能考验电池的综合防护水平的。 安全是有代价的 经过无数努力研发与测试，最后岚图 FREE 纯电车型上搭载的这块电池包在研发期间总共做到了 150 项超越国标的产品安全标准。 就拿前面说的电芯阻燃隔热墙来说，热扩展性能研发周期耗时一年，为了做到间隙的充分填充，减少气泡独创了模块开孔工艺，阻燃材料尝试了十多种，试验了几百次，耗费了几十套电池包。 整个电池包要进行一轮完整的测试，时间超过 150 天。为此他们付出的代价是研发成本超预算 50%，研发周期拖长了 8 个月。 对于岚图这样一家央企背景的企业而言，钱肯定不是问题，研发预算超了就超了。不过当今的行业发展速度下，对于任何一家新造车企业而言 8 个月的时间都是无比宝贵的。行动上明显需要赶时间的岚图肯定明白这个道理，但在他们看来，这样的代价如果换来的是更高级别安全，那也值了。 别忘了，这是一块三元锂电池包 安全固然是重要的，但安全也不是动力电池的全部。厂家耗时耗资巨大的电池安全设计在日常的使用中用户可能是鲜有感知的。用户能更直接感受到的，还是电池的性能。 不得不说，相比磷酸铁锂电池，这方面是三元锂电池化学特性上的强项。三元锂电池在充放电特性上普遍要优于磷酸铁锂，这就可以让电池系统有更大功率的输入输出。相比磷酸铁锂电池三元锂电池更平稳的放电曲线更有利于 BMS 的监测和预判。而更高的能量密度不管对于车身的轻量化还是车辆的整体续航都有积极意义。 以及对于寒冷地区而言最重要的，三元锂电池的低温性能要好于磷酸铁锂。 岚图不希望在电池安全上做出妥协，然而性能上这块高密度的三元锂电池也没有做出妥协。 写在最后 回顾我们过去这几年新能源行业的发展，不断上涨的续航之下电池技术的进步肉眼可见。但快速的发展下也暴露出了一些浮躁的企业。 一次次的电动车起火自燃事故中，受影响的不仅仅是涉事车企和电池供应商，而是整个社会对于新能源汽车的担心和排斥。 这种负面的影响是需要整个行业在长时间的共同努力中才能消除的。而在这个过程中走那些在前面的企业是值得尊敬的。现在这个节点下，我也很高兴看到以央企身份进军高端新能源的岚图能出现在这个行列之中。 最后，我也想引用这么一句话：「顶尖高手，比的是慢、是笨、是扎实，是聪明人下笨功夫。选择窄门，踏实做事，为社会、用户创造价值，整个世界都会给你让路。」 |
试验中的电池整包
绿色为电芯级三维包裹，电池包顶部还有耐热阻燃层
通电状态下的海水浸泡试验
IP X9K 高温高压喷射试验
