剑指刀片电池,广汽埃安弹匣电池是“真香”还是噱头?
广汽埃安发布新一代动力电池安全技术——弹匣电池系统安全技术(简称“弹匣电池”),号称重新定义三元锂电池安全标准,整包针刺不起火——这不是广汽埃安头一回说的这么玄乎了。
今年1月,广汽埃安曾在其官方平台发布石墨烯电池宣传海报,醒目的 “8分钟可充满80%”、“NEDC续航1000公里”引人眼球。在海报发出之后,广汽埃安及其新电池技术迅速成为行业热议焦点,随之而来的是大量质疑,大部分人认为这是噱头。至于这究竟是对石墨烯电池的又一次消费,还是广汽埃安真的能够打通技术、成本,甚至整个产业链的壁垒,我们只有静待量产车的问世了。
回到弹匣电池身上来,它究竟又是何方神圣?是商业炒作还是具备实际意义的技术突破呢?
弹匣电池是什么?怎样做到“提升安全性”?
弹匣电池采用了类似子弹匣的结构,将电芯放入结构(整个电芯隔热舱采用航天纳米技术,可承受1400℃高温)中,实现安全性的提升,这个技术可以应用于磷酸铁锂和三元锂两种材料的电池包中。
众所周知,目前在电动乘用车领域,动力电池基本集中在磷酸铁锂电池与三元锂电池两种。磷酸铁锂电池,成本低、循环寿命长、安全性较高,但能量密度相对较低,续航较短;三元锂电池,能量密度高、续航比较长,但制约它的是安全性。很多企业在提升三元锂电池的安全策略上下功夫,虽然不时传来一些突破,但相关问题始终没有得到彻底解决。
在电池技术难以突破的当下,运用弹匣电池技术,能够把每个电池包里的单独电芯都独立置于安全舱之内,通过网状纳米孔隔热材料和耐高温上壳体设计,有效阻隔热失控电芯的蔓延,避免由于电芯出现内短路导致温度升高、电芯内部反应产热最终出现热失控,随后蔓延到整个电池包的自燃事件。
(弹匣电池模组与普通电池模组热失控分析对比)
当然,如果仅仅是物理结构上的设计优化也是远远不够的,需要一套包含软硬件一体化的安全技术解决方案。基于上一段我们谈到的设计思路,弹匣电池采用类似安全舱的设计,当侦测到电芯电压或温度等出现异常时,能够自动启动电池速冷降温系统为电池降温。通过全贴合液冷系统、高速散热通道、高精准的导热路径的设计,散热面积提升40%,电池散热效率提升30%,不仅在日常使用时能够保障电芯工作在合理温度延长电芯寿命,同时在电芯发生热失控时有效防止热蔓延。
在软件方面,广汽埃安通过采用最新一代车规级电池管理系统芯片,可实现每秒10次全天候数据采集,相比前代系统提升100倍。可以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。
通过上述这一系列硬件、软件上的技术加持,弹匣电池大幅提升了三元锂电池系统的安全性。而且更值得一提的是,安全舱的加入,并没有影响电池的能量密度。据广汽埃安官方介绍,搭载弹匣电池系统安全技术的电池包,相对于同类普通电池包,体积能量密度提升9.4%,重量能量密度提升5.7%,成本还下降10%。
其实,弹匣电池和比亚迪的刀片电池技术路线类似,都是调整电池包的组合模式,改善整体空间利用率,并通过电池热管理系统、冷却系统等方面的设计提升了安全性。
针刺实验结果令人满意
去年3月,比亚迪在刀片电池发布之际,曾以“针刺试验”证明刀片电池的可靠,效果可观。今年3月,广汽埃安也采用了这种证明方式,通过针刺热扩散测试,对安全性进行验证。只不过比亚迪刀片电池针对的是磷酸铁锂电池,而广汽埃安针对的是采用弹匣电池技术的三元锂电池。
现阶段,我国对电动汽车动力蓄电池安全实施的是2020年5月12日发布的GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》,于2021年1月1日正式实施。该标准对之前实施的GB/T31485— 2015及GB/T31467.3—2015进行了部分修改与升级。
测试中采用了8mm直径的钢针,并将电池包充至满电状态。钢针越粗,电芯内部短路越严重,能量越满,热失控的情况越剧烈。通过将钢针刺入电池包内部,造成电池内部短路,进而促发电池热失控,可以对电池包的安全性进行实际的检验。
试验中虽然电芯单体的最高温度达到了686.7℃,但搭载弹匣电池技术的三元锂电池包在发出热事故信号后的5分钟后仅出现了短暂的冒烟,并未发生起火和爆炸现象,满足了GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》对电池单体发生热失控后5分钟内不能起火爆炸的要求,为乘员预留出了逃生时间。在静置48小时后,被刺电芯的电压已经降至了0V,温度也恢复至室温。此时再打开电池包观察,内部的结构依旧保持完好,仅有被刺电芯模块出现了热失控现象,没有蔓延到其他电芯。由此可见,弹匣电池技术对于热失控的范围和危害程度,起到了明显的抑制作用。
5月20日,广汽埃安再次对弹匣电池进行针刺试验,这回试验对象换成了化学性质更稳定的磷酸铁锂电池包。
试验结果显示,磷酸铁锂(普通电池)整包在钢针刺入电芯触发热失控后,出现了电压下降、温度上升现象,最高温度为329.4℃,且出现冒烟现象,持续16分钟;而磷酸铁锂(弹匣电池)整包被刺后,最高温度仅为51.1℃,静止48小时后,单体电压降至0V,温度降为室温,且无冒烟、无起火和爆炸现象,电池包状态稳定,打开电池系统外壳,其内部结构完好。
从试验数据上看,电池包在针刺后反应的剧烈程度远小于普通磷酸铁锂电池包,进一步提升了磷酸铁锂电池系统的安全性。
全文总结:整体而言,弹匣电池在一定程度上实现了三元锂电池安全性的大幅提升,同时也为今后的技术路线提供了更多的参考,即:除了在电芯的安全上下功夫外,还可以从系统集成、动态监控和系统防护等角度进行系统性的安全设计。遗憾的是,目前行业对三元锂电池本身依然没有本质上的突破。不过这对于消费者层面来说已经足够,能够保障对于车内人员最重要的5分钟,并且最大程度上控制电池包不会整个起火,进而烧毁车辆。据了解,弹匣电池今年开始将会在 AION 全系车型上陆续搭载,到时自有消费者的检验。就像那句话说的:不急,让子弹再飞一会儿。倒也正应了弹匣电池这个名字。