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不止自帶“消防隊”,彈匣電池2.0技術如何做到“挨槍不燃”?

【EV視界報道】對于新能源車所搭載的動力電池來說,其安全性已經成為一個老生常談的問題。而為了印證電池的可靠性,國內的廠家都會想盡各種辦法去“虐待”電池,包括針刺、火燒、撞擊或碾壓等,如此這般,主要是為了檢驗動力電池的安全性,特別是在電池被嚴重破壞的狀態下,看其是否能出現嚴重的熱失控現象來危及到乘員的人身安全。而如今,廣汽埃安在“虐待”電池的手段上,直接上升到進階”天花板“的電池破壞性試驗,那就是真槍實干。

3月30日,埃安舉行了彈匣電池2.0槍擊試驗發布會,試驗是迄今最嚴苛的電池安全試驗,在15米處對預留射擊開口的滿電電池整包進行射擊。相較于大眾熟知的針刺試驗,槍擊試驗模擬了更加極致嚴苛的場景。當子彈穿透電芯時,速度可達針刺的97.5萬倍,而子彈射出電池側的破口直徑有60mm左右,相當于針刺的7-8倍之多(注明:根據現場的槍械型號來看,其為中國北方工業公司制造的CQ突擊步槍,也就是仿美國M16A1的外貿版步槍,采用北約5.56mm口徑)。

那么測試的結果如何?

面對槍擊實驗,行業主流的磷酸鐵鋰單體電芯和行業主流磷酸鐵鋰模組均發生了明顯的熱失控和燃燒現象,這就意味著,光靠電芯本征特性無法實現真正的安全。而彈匣電池2.0整包槍擊后未發生起火和爆炸,拆開電池系統外殼后,整體結構完整,僅有三個電芯爆裂性損壞,靜置24小時后溫度恢復至常溫,順利通過了槍擊試驗。

要知道,當前國標動力電池安全試驗的標準包含針刺、跌落、燃燒、沖擊等,其中針刺是最高的電池車規級安全標準,它要求電池在被8mm鋼針穿刺后5分鐘不起火。早在2021年時,埃安首度亮相的彈匣電池就已經通過該項測試,并達到三元鋰整包不起火的成績。而此次的彈匣電池2.0技術,可以說將主流的針刺實驗提高到了一個全新的維度,其難度可想而知。

    

那么埃安的彈匣電池2.0技術是如何做到的?要想知曉答案,我們首先要知道動力電池熱失控是怎么出現的。

所謂熱失控,導致它誘發的原因包括機械電氣誘因(電池碰撞擠壓、針刺等)和電化學誘因(電池過充過放、快充、低溫充電、自引發內短路等)。一般來說,電池在放電的過程中,其所產生的“副作用”就是放熱。若散熱條件不好,放熱的“副作用”有可能引起更高溫度的超標,當電池達到450℃時則會引起電解液燃燒,從而引發熱失控。

而當一個電池單體發生熱失控之后,相鄰單體受影響后也相繼發生熱失控,導致熱失控蔓延造成的連帶效應后引發安全事故。這就好比在茂密的森林之中,如果一棵樹木被引燃,在借助風力等因素后,會逐漸蔓 延起來,形成大范圍的森林火災。

所以說,電芯安全解決的是電池本質安全,而整包安全是以系統思維解決從電芯、模組到系統的全方位安全,相比電芯安全更為重要。

所以不僅要提高電池包的強度外,在面對高溫短路的情況下,電芯也要具備快速散熱與阻燃性,而埃安的彈匣電池自開發出來就是這種思路。

根據之前掌握的信息來看,彈匣電池采用了類似彈匣安全艙的設計,有效阻隔熱失控電芯的蔓延、當偵測到電芯電壓或溫度等出現異常時,自動啟動電池速冷系統為電池降溫。搭載“彈匣電池”技術的電池系統,在被針刺后,只有被刺電芯模塊熱失控而不會蔓延至其他電芯模塊,從而實現電池系統針刺不起火的高安全水平。

但是,該技術也只是埃安在兩年前投入市場的電池技術,而如今,它也迎來了自己的全新升級,那就是彈匣電池2.0技術。

彈匣電池2.0在初代彈匣電池的基礎上,突破性研發了超穩電極界面、阻熱相變材料、電芯滅火系統等一系列原創安全技術,實現了極致的電池安全防護。

一般來說,對于鋰離子電池而言,電極界面是電芯內活性最高的區域。為了加強電極界面的穩定性,彈匣電池2.0開發出“超穩電極界面”技術。通過具有超高穩定性、超高耐熱性的納米陶瓷材料,大幅增加了電極界面韌性;復合集流體材料的應用,可以在熱量聚集時快速坍縮,避免持續短路。

    

同時,埃安還在彈匣電池2.0的電解液中加入了耐氧化阻燃劑,高溫激活后,可捕獲燃燒反應的自由基,斷絕持續燃燒的條件。在三重技術的防護下,電芯即便發生熱失控,其升溫速率也能降低20%。

在電池安全的材料開發方面,埃安還與中國航天合作,開發了擁有隔熱和相變吸熱雙重功能的阻熱相變材料。這種相變材料的相變潛熱相對常規材料提升了10倍,能在溫度維持不變的基礎上吸收大量的熱量,配合網狀納米隔熱材料,整體的隔熱性能大幅度提升40%。

不僅如此,彈匣電池2.0采用了雙層冷卻系統,對電芯頂部和底部同時進行冷卻,整體冷卻效率可提升80%,同時還降低了75%的上殼體溫度,進一步保障了電池包上方乘員的安全。

而此次推出的彈匣電池2.0技術,還創新的配備了電芯滅火系統,它利用低熔點合金構成了滅火腔,在非常小的高度空間上實現了滅火劑的儲存、熱失控電芯的自定位和定點噴淋。當電芯發生熱失控,大量的滅火劑瞬間精準噴淋到該電芯上。滅火劑可以在吸熱氣化的同時,捕捉燃燒鏈式反應的自由基,形成惰性氣體氛圍,結合埃安的熱失控氣體排放處理技術,可以消除排氣中的火星和99.5%的PM10。

也就是說彈匣電池2.0自帶了一個安全的消防滅火系統,成為了行業中唯一配備了“主動滅火”功能的動力電池技術。

除了上面的主被動的“硬”防護上,在電池的軟件系統防護上,埃安還基于大數據和AI技術,開發出第六代云端電池管理系統。得益于超過60萬臺車輛、1300TB的全生命周期應用數據,第六代云端電池管理系統大幅提升了自放電異常、冷卻異常、電連接異常、隱性絕緣故障等故障的識別能力,內短路AI識別能力已經達到200Ω級,遠高于10Ω的風險線,可實現提前診斷,防患于未“燃”。

寫在最后

通過近兩年國家應急管理部發布的自燃數據來看,電池安全依然是行業的痛點和難題。因此,對于廣汽埃安彈匣電池系統的安全技術來說,它的出現是具有里程碑的意義。而如今更新換代的彈匣電池2.0技術,則在原本的技術上進行了升級,將動力電池的安全提高到了一個新的維度。那么未來,彈匣電池2.0技術是否能助力埃安車型占據新能源市場更多的銷量成績呢?我們拭目以待。

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劉昊編輯
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