3月10日,廣汽埃安發布了新一代動力電池安全技術—彈匣電池系統安全技術(以下簡稱“彈匣電池”)。該技術突破了三元鋰電池安全最嚴苛、此前難以過關的針刺試驗瓶頸,在寧德時代給蔚來提供的100kWh電池包,只說永不起火、沒提針刺實驗的情況下,廣汽埃安成為了首家對外公布三元鋰整包針刺不起火的企業。

眾所周知,三元鋰電池憑借正極金屬高活性,相比磷酸鐵有著更高的能量密度,從而衍生出了輕量化與比能量(體積與重量)高的優勢,但熱失控段時間釋放出的超高熱能,也一直是所有三元材料的“阿克琉斯之踵”。
據消防部門的報告顯示:因內部短路自燃的三元鋰純電動車,出現明火之后段時間的溫度就將超過600°C,脫離了燃燒的范疇,熱擴散覆蓋物體全部出現了融化的情況。

廣汽研究院副院長、首席技術總監李罡現場講解彈匣電池
面對這個安全方面的核心痛點,全球范圍內相關的產、學、研機構都在以此作為重要課題,廣汽埃安成為了最先公開發布成果的企業。線上發布會展示的試驗視頻,由中國汽車技術研究中心首席專家、國家電池安全標準起草人之一劉仕強博士帶領團隊,對搭載了彈匣電池系統安全技術的三元鋰電池整包進行了針刺熱擴散試驗。

中國汽車技術研究中心首席專家劉仕強博士
試驗顯示:廣汽埃安的三元鋰彈匣電池包在試驗過程中,熱事故信號發出5分鐘后,出現短暫冒煙(1分鐘),無起火和爆炸現象。靜置48小時后電壓降至0V,溫度恢復至室溫。針刺后只有被刺電芯模塊熱失控,沒有蔓延到其他電芯。打開電池整包,內部結構完好。

達成如此結果,廣汽埃安憑的是什么?主要涉及新材料應用與系統級防護的四個主、被動核心技術。

第一,耐熱電芯。首先追本溯源,彈匣電池最小的能量單元電芯,正極采用了納米級包覆與摻雜技術,通過材料之間復合達到提升熱穩定性的效果。
其次,其電解液添加劑,帶來了SEI膜(隔絕有機電解液與鋰離子共同嵌入)的自修復能力,以此改善電芯的壽命與穩定性,降低電芯短路的風險。
最后,除了以上兩項被動安全防護,另外一種電解液添加劑還有具備主動安全特性,憑借添加劑改變電解液原本有機鹽類化合物的溫度特性,超過120℃以上,在活性材料表面自發聚合形成高阻抗特性聚合物膜,可以降低熱失控反應的產熱。

第二,隔熱電池艙。這項電芯與模組的雙層被動安全措施各家都在做,廣汽埃安的做法是用更好的物料,即電芯之間網狀納米孔隔熱材料,還有模組耐高溫的上殼體,使得三元鋰電芯熱失控不蔓延至相鄰電芯。

正所謂“技術革新、材料先行”,但量產之后還得看系統級表現。彈匣電池在現有材料體系基礎上,主要針對降低自燃風險進行了改進,相當于現有三元鋰電池的安全升級版。在系統級層面,彈匣電池對比同類普通電池包,體積能量密度提升9.4%,重量能量密度提升5.7%,成本下降了10%,三項關鍵數據的提升幅度不大,不如寧德時代同為三元鋰電芯的CTP(去模組)架構發布時的行業影響(比亞迪刀片電池為磷酸鐵鋰電芯)。
第三,高效冷卻系統。被動散熱方面,針對電池內部架構的改造,彈匣電池有效防止熱蔓延,相比傳統電池包的散熱面積提升了40%,散熱效率提升了30%。主動降溫上,與模組全貼合的熱冷系統,加上更寬的導熱管路以及散熱通道,以便快速帶走電池內部的熱量。

不過,由于冷卻劑的循環效率,需要液冷系統水泵高壓力以及隨之而來的高能耗來支撐,此次簡短的線上發布會并未提及這方面信息,最終是否會因高壓力水泵而消耗更多出自電池的電量,還有待后續考察,畢竟為了控制溫度而成為“電老虎”,早在廣汽新能源(廣汽埃安前身)GE3上就有“前科”。
第四,新一代BMS(電池管理)系統。電池管理系統作為主動安全的第一道屏障,發揮著實時收集溫度、氣壓等量化指標,并啟動液冷系統降溫的職能。這方面,廣汽埃安搭配彈匣電池的新一代BMS系統,核心的芯片與檢測傳感器等均完成了換新,以更高頻率的數據采集提升早發現問題與快速響應的能力。

當然了,發布會上關于BMS系統的信息較為籠統,并未給出具體數據與實際效果,這方面到底有多大提升,我們將在得到官方反饋后與大家分享。
編輯點評:三元鋰電池熱失控的問題,困擾了電池行業發展多年,如今廣汽埃安率先對外公布研發成果,算得上一個技術突破的重要節點。而如中國電動汽車百人會多為專家所說:“產學研”是推動技術革新的源動力,但最終還是要落到“用”的層面上。
正所謂“不看廣告看療效”,廣汽埃安的三元鋰彈匣電池搶了先發并不等于占領了技術的制高點,接下來還得看量產之后實際裝車的效果了,對此搜狐汽車·E電園將持續跟蹤報道,我們拭目以待。
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