揭秘岚图“三不”电池-电动汽车观察家

揭秘岚图“三不”电池

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三元电池热失控测试不起火、不爆炸已经不稀奇了,还有企业做到不冒烟。

春节前,岚图FREE纯电版搭载的三元锂电池包通过了中汽中心热扩散测试。经检验,该电池在热失控触发并发出热事件报警信号后,不冒烟、不起火、不爆炸,是目前国内首个拿到“不冒烟”成绩的三元锂电池,被媒体称为“三不”电池。

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3月17日,岚图举办了“三元锂电池安全技术分享会”,对电池包的安全技术进行了全方位解读。

为了防止热蔓延,岚图开发出了“三维隔热墙”设计、五大被动安全设计,以及独特的安全监测和预警模型,来全方位保证电池安全。

岚图方面表示,此款电池包已进入量产阶段,岚图FREE纯电版将首发搭载,并于今年第三季度上市交付。

值得注意的是,岚图方面透露,其纯电动版车型采用的是三星SDI 的NCA高镍8系电芯,模组和PACK都由东风体系内自供。

岚图增程式车型的电芯则是由比亚迪提供。

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三维隔热墙设计

岚图的电池包之所以能够在测试中,做到不冒烟、不起火、不爆炸,是由于采用了一种叫做“三维隔热墙”的设计。

据岚图汽车新能源技术总监黄敏博士介绍,隔热墙的技术原理是在电池包内,使用超强高分子隔热阻燃材料(一般隔热材料仍会在触发热失控后致电池包冒烟或起火,三维隔热墙技术可做到无热扩散现象发生),对每个电芯实现单独的全方位三维立体包裹。

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三维隔热墙在电芯与电芯之间,形成高效的隔热阻燃防护层,每个电芯均处于隔热阻燃材料的充分包裹中,形如“琥珀”。

即便某个电芯单体发生热失控,三维隔热墙可以确保其释放的能量最小化,避免波及到周围其他电芯,进而防止电池包系统发生热失控。

在电芯顶部,还额外布置有耐超过1000℃高温的隔热阻燃层,对乘员舱安全严加防护。

要实现这一目标并不容易。黄敏介绍说,为实现该技术,岚图需要攻克三维隔热层间隙填充不充分、填充气泡等工艺难题,采用独特的模块开孔方案,最终在几千颗电芯间达到均匀填充。“整个热扩展性能研发周期长达一年,尝试国内外十余种先进的隔热阻燃材料,才做到这一点。”

当然这种材料的效果也不负众望。黄敏表示,他们将一颗电芯以及周边的电芯温度加热到300℃,来看电池的状态,结果显示他们的电池包不冒烟、不起火、不爆炸,实现静置50天依旧保持这一状态,成功刷新了行业安全纪录。

对于为何不采用针刺测试,黄敏认为,就用户日常使用场景而言,地面硬物连续刺穿底护板(钢板)、电池箱体(铝合金)、电芯壳体(铝合金)三层金属防护的概率极低,现在绝大多数起火事故发生是因为电池质量欠佳、过度充电、电池老化引起的单个电芯内短路,加热触发的热扩散试验能够涵盖上述用户实际用车场景。

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五大安全设计加强被动防护

除了在防止内短路上下足功夫,在外部安全方面,岚图也进行了一系列的设计。

这主要体现在5个方面:定制化开发车身防护、高强框架、压力传递、形变吸能和电池双保险。

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车身高强度防撞保护。由于汽车的前后部都有足够的缓冲吸能空间,对于电池系统而言,侧面通常是面临威胁最大的方向。岚图FREE车型的B柱结构,采用了TRB工艺的1500Mpa超高强度钢材;在车门门槛位置,用了双层结构的1500MPa超高强度热成型钢;前后车门内部,还有行业最高等级的2000MPa热成型钢制成车门防撞梁,是岚图FREE对电池系统的第一层防护。

电池包外部采用高强框架。在高强度车身的内部,电池包外壳采用高强铝合金框架、带多条加强筋的特殊设计,让整个电池包结构更强、更耐撞击。在岚图的安全测试中,电池包可以抵御高达20吨力的挤压而不发生安全事件,差不多是10台车压在电池包上。高强度耐冲击的电池包外壳,是岚图FREE对电池系统的第二层防护。

对外来压力进行分解和吸收。岚图电池包系统的防护设计不止步于外壳。在电池包内部,岚图设计了多条横纵加强梁,通过横亘整个电池包的横纵交织立体结构,将来自外界的碰撞能量充分地分解与吸收,保护内部电芯免遭碰撞力的伤害。这是岚图FREE对电池系统的第三层防护。

为电池包预留变形空间。考虑到假如车辆遭受到罕见的、过于猛烈的撞击,无法完全避免电池包遭受碰撞压力,电池包变形怎么办?

为此,岚图对电池包预设了形变吸能空间,留有超过30mm的形变空间,在电池包受撞击变形时,保护其中电芯免遭损伤。这是第四层防护。

电芯双极双保险。岚图采用的电芯是铝合金壳体,双极均设置有防爆阀,当撞击侵入电池包造成高压回路短路时,电池双极双保险打开,确保电池不起火、不爆炸。电芯双极双保险是第五层防护。

正是基于这5层电池包防护,岚图FREE在C-NCAP整车侧面撞击测试中,以欧洲标准的斜侧75°角、32km/h进行柱碰实验,横梁仅发生小程度溃缩,电池模组没有受到丝毫挤压变形。岚图的高安全电池包方案,顺利经受住了整车碰撞测试的考验。

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独特的安全监测和预警模型

只有被动安全,岚图认为这是不够的。除了硬件,岚图在软件层面上也突破传统,基于BMS云端卫士进行大数据分析和追踪,实现 “千车千面”。

岚图的电池包在原有温度电压预警基础上,搭建了精确的电池安全监测和预警大数据模型,基于不同使用场景(例如平原与山区、南北方温度和湿度、高低海拔昼夜温差等),追踪每一台车、每一块电池的使用数据。

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大数据来自于出行公司。黄敏介绍说,在T3出行,东风每年有几万台车在全国示范运营,积累了大量的数据,岚图正是基于这些数据来做电池安全监测和预警模型。

黄敏进一步解释说,岚图会通过云端的大数据库监测数据对比,对电池进行诊断、运行寿命监测,在必要的时候会通过云端的APP推送,或者是通过车辆的预警系统,对用户提前做出一个预警,必要的时候会通过远程或者是邀请用户一些诊断。

同时系统通过高灵敏度温度探测传感器,实时监测每一个电池的温度,借助高效液冷系统,无论冬夏始终保障电池包在高效率温度区间。

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经受多工况下极端测试

为了验证这一系列防护的效果如何,岚图对电池包进行了极为苛刻的测试。

国际上电动汽车电池安全测试标准共计20余大项,岚图汽车在此基础上增加超60大项,通过80大项150小项的极端严苛测试模拟用户用车场景。

国标测试项目多为简单的单一应力测试——比如火烧,比如水浸,环境耐久测试、机械耐久测试等。但在用户的真实使用场景中,电池系统可能同时承受多重应力的叠加作用。基于保护用户安全的真实需要,岚图选择了增加数十项超国标的严苛叠加测试组,以检验电池系统的安全性能。

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例如对同一块电池包,连续进行高低温存储、极限温度冲击、等效45万公里带载振动、六向机械冲击、绝缘耐压、泡水等多项极端测试。

据介绍,岚图自己的“常规”测试中,有在高低温环境湿热循环及带载下,同时实施振动冲击;有在盐雾环境恒定湿热下,同时打开湿热环境循环充放电;有在粉尘环境下,同时进入湿热状态,再同时进行挤压测试绝缘检测。

岚图FREE希望通过模拟这些极端工况,来打造电池包全场景安全。

据悉,岚图FREE在电池安全性技术及测试领域,已作专利布局。

2021年可以称为三元电池包不起火元年。越来越多的车企,在系统层面做到了热失控不起火的要求。相信不久的将来,热失控不起火电池系统将成为电动汽车的基本要求,从而打消消费者对电动汽车安全问题的焦虑,推动产业快速发展。

 

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