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广汽埃安发布弹匣电池系统安全技术,重新定义三元锂电池安全标准

时间 : 2021-03-11 17:29:08来源 作者:史歌

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2021年,随着汽车新四化进程进一步提速,提升动力电池性能,成为破局关键。动力电池性能的提升,一方面能促进新车销售、提升二手车保值率、拔擢充电桩的使用效率;另一方面能提升品牌口碑、市占率、产品价值感以及用户信赖度。这就可以理解,为什么今年以来广汽埃安动作频频。3月10日,广汽埃安发布了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”)。

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这一次,全力提升“电池安全”


弹匣电池的创新,聚焦于“安全”领域。我们了解到,弹匣电池是一个专门提升动力电池安全性的系统性技术。它不是纯粹的结构优化,也不是简单地增加隔热,而是从电芯本征安全提升、到被动安全强化、再到软件主动防控的一整套安全技术,同时也是一个软硬件一体化、具备超高防御能力的智能安全体。

简单来说,弹匣电池与电池的关系,有点像手机壳与手机。手机壳能为手机提供额外的、冗余的安全防护,弹匣电池也是如此。不同之处在于,弹匣电池能为动力电池提供的安全防护是“系统级”。所谓“系统级”,提升不是局限于某一个环节,而是成体系、成系统地进行防护:不仅可以防水、防尘,即便遇到针刺等极端情况,依然能实现不起火。

通过技术资料的解读,我们可以大致描述出弹匣电池的安全设计思路:第一重,防止电芯内短路;第二重,短路后防止热失控;第三重,热失控后防止热蔓延。当侦测到电芯电压或温度等出现异常时,系统会自动启动电池速冷系统为电池降温。

三层安全防护确实是冗余的。之所以如此做,是因为没有一种安全防护措施能够做到100%防护。在现有安全防护基础上,再加一层或两层安全防护,能够进一步提升安全性。在数据统计概率上,假设一层安全防护有效率为90%,那么两层就是99%,三层则是99.9%。当安全防护达到三层,其安全系数就会最大程度接近100%。航天领域常用三层安全防护,原因也在于此。


针刺不着火,搭载AION全系车型


电池安全已经成为新能源汽车用户购车的首要关注点。三元锂电池因为能量密度高、整车电耗低、续航里程长,被主要应用在中高续航车型上。但三元锂电池的安全性,目前仍然是行业公认的痛点和难点。

为检验弹匣电池的安全防护效果,由中国汽车技术研究中心首席专家刘仕强博士带领团队,对搭载弹匣电池技术的三元锂电池进行整包针刺试验。我们了解到,试验以强制性标准中最严苛的方法进行,如针刺直径8mm(国标是3-8mm),电芯电量SOC100%(国标是90%以上)。

试验结果显示,广汽埃安的三元锂(弹匣电池)整包在试验过程中热事故信号发出5分钟后,仅出现短暂冒烟,无起火。静置48小时后,电压降至0V,温度恢复至室温。针刺后只有被刺电芯模块热失控,没有蔓延到其他电芯。打开电池整包,观察内部结构完好,从而实现三元锂电池整包针刺不起火的高安全水平。

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一种技术含金量的高与低,不仅在于它的创新性,还在于它的实用性。一种技术推出来,能够立刻解决痛点,必然更容易推广。随着推广范围变大,其制造成本也就越低。

据了解,弹匣电池在今年将陆续搭载到AION 全系车型上,并将分享相关安全技术,为推进整个行业电池安全技术的进步贡献广汽埃安的力量。


基础创新始于前瞻性布局


但凡创新,无不是拼出来的、干出来的。而基础性创新,还需要长时间坚持。广汽埃安相关人员告诉我们,弹匣电池是正向研发,是“从0到1”的创新。

事实是,弹匣电池与广汽埃安“同岁”。广汽集团在成立广汽埃安的同时,便前瞻性地启动电池技术的研发。弹匣电池由广汽研究院、广汽硅谷研发中心、世界顶级电芯专家领衔开发,超过600人组成的国际顶级研发团队倾力打造,其中博士超过60位,体现了广汽埃安电池安全的最高技术水平。广汽从动力电池过流保护、电池热抑制方法、电池热失控监控及预警等方面进行研究开发,形成了国际领先的专利群,包含80多项专利(包括“热防护装置及动力电池包”专利:202020428621.0、“动力电池过流保护方法、系统及电池管理器”专利:201910734987.2等),发明占比超过70%。

通过正极材料的纳米级包覆及掺杂技术提升热稳定性,以及电解液新型添加剂实现SEI膜自修复改善电芯寿命,这些关键技术的应用,使电芯的耐热温度提升了30%。为确保三元锂电芯不发生热失控,弹匣电池通过网状纳米孔隔热材料和能承受1400℃的耐高温上壳体,构筑了超强隔热的安全舱,从而有效保护电池整包。同时,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,弹匣电池实现了散热面积提升40%,散热效率提升30%,有效防止热蔓延。在“软件”方面,弹匣电池采用第五代电池管理系统,相比上一代,新系统采用新一代电池管理系统芯片,能够实现“10次/s全天候数据采集”“24小时全覆盖”的全时巡逻模式。一旦遇到风险时,能及时启动异常自救,启动速冷系统。

同时,AION系列产品已拥有超10万用户,每天能产生超1500万公里的行驶里程,带来了海量的电池运行数据,为弹匣电池的研发提供了坚实的数据支撑。

从这一系列安全防护措施可以看出,在与上游电池企业配合,确保电池前端安全(生产)同时,汽车企业也聚焦电池安全的后端(使用)的安全。这说明经过十多年的发展,新能源汽车行业已经进入市场化轨道,汽车企业开始着重为用户创造更好的用车体验。

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点评

2021年,随着汽车新四化进程进一步提速,新能源汽车在解决续航疑虑、充电便捷性和二手车保值率等方面将迎来更多利好。其中,电池安全是核心基石,关乎新能源汽车产业健康可持续发展。

广汽埃安弹匣电池系统安全技术,是一个基于电芯本征安全提升、整包被动安全强化及软件主动防控的系统级电池安全技术。该技术实现了三元锂电池整包针刺不起火的重大安全突破,为行业提升动力电池安全性能探索出了一条行之有效的技术路径,或重新定义了三元锂电池的安全标准,对全球新能源汽车产业的发展具有重要的意义。