近日,有相关媒体整理了2022年1-11月国内新能源汽车自燃事件统计表,详细列明了公开网站上曾明确报道过的自燃事件,内容包含具备品牌、车型、自燃时的气温以及车辆状态。

(资料图片仅供参考)

从该图表可以看出,在相关报道的自燃事件中,磷酸铁锂的表现并不比三元锂电池好太多;

虽然电池起火自燃的原因不一定是电池本身,但数据证明,磷酸铁锂电池也并非绝对安全。

图片来源:锂猫实验室

磷酸铁锂只是相对安全的电池材料

相对于三元锂电池,磷酸铁锂电池的安全性还是很高的,集中体现在热稳定性方面,通常三元锂电池中的镍材料会在温度达到200摄氏度后开始分解并释放氧气和热量,促使电池出现冒烟、起火等热失控现象。而磷酸铁锂电池只有在温度达到800摄氏度以上,内部才会开始产生化学反应,而即便是在高温条件下,磷酸铁锂电池内部由于晶体中的P-O键稳固,所以并不会形成强氧化性物质,在电池包内有限的氧气下,自然也就难以起火自燃。

另外,磷酸铁锂电池的正极材料LiFePO4磷酸铁锂,其电化学性能也相对稳定,即便当电池处于针刺、碰撞、挤压、短路等条件下,依旧不会出现严重的热失控现象。

磷酸铁锂电池除了材料本身足够安全以外,如今各大电池厂和车企也都会针对动力电池包做出各种各样的安全性措施,比如对电池状态进行实时监控、采取先进的热管理系统、采用耐热或者隔热性能强的动力电池包结构件,从而为磷酸铁锂电池包的安全性再上一道“保险”。

各大企业的“热管理”和预警监控技术已经越发成熟

从宁德时代的“永不起火电池系统”、蜂巢能源的“蜂云平台”、长城的“大禹电池”、岚图的“琥珀”、“云母”电池系统,再到广汽埃安的“弹匣电池”、极氪汽车“极芯”电池包,各大企业纷纷给出了“热管理”的解决方案,思路均是通过先进的预警模型和热管理策略,在BMS监控系统的数据分析、预警以及电池包层级的热隔离防护材料和热疏导方面进行全面的技术升级。目前,各大企业在这一方面的技术路线的演进已经非常的成熟,可以完全满足目前国标“5分钟不起火”的技术要求,甚至已经远超了目前的国标要求。

随着短期技术方向明确,我们可以看到目前热管理的技术方案也越来越趋向同质化,需要有一种全新的技术来将整个系统技术架构再次提升到一个新的水平。

热电分离技术是通向下一代防护技术的必经之路

当前行业对电芯的热失控防护主要集中在对“热”的防护,像上文所述的各大企业提出的三维热防护材料、隔热阻热、耐火烧、冷却等都是以“热”为中心的设计。这是无可厚非的,因为最终导致电芯发生起火爆炸的一定是“热”这个直接因素,其他滥用像短路、碰撞、过流过压等,最后都需要转化为“热”。对于热的防护国内的技术与方案,如上文所述,目前已经非常成熟了。当前各大企业提出的“热”防护方案,阻断热是没有问题的,但是电芯热失控喷发出来的气-液-固混合体非常容易引起热失控的“二次危害”,其中由“电”造成的二次危害是最严重的,像电弧(击穿金属板、烧熔金属板等)、短路、绝缘失效等。在这种情况下,本来可以压制住的热失控,瞬间就变成无法控制了。

也就是说在目前的国标上,你想实现“5分钟”不起火,仅靠对“热”的防护是没有问题的;但如果你想进一步,到达真正的“无热失控蔓延”,你就必须得考虑到“电”的因素,考虑到对“电”的防护,考虑到“热”失控后整包所处的状态。

热电分离的设计就可以很好地解决这个诉求。

但是如何能做到热电分离的设计呢?

当前主流的电芯防护阀布置是:

(1)圆柱18650、21700电芯防爆阀位于正极端;

(2)方形电芯(输出极在同一端),防爆阀位于输出极这一端,垂直向上;

(3)方形电芯(输出极分布在两端)如刀片电芯,防爆阀位于一端,水平布置;

(4)软包电芯,没有明确的泄爆方向,这也是软包电芯热失控比较难做的一个主要原因所在;

电芯有防爆阀的存在,能够实现热失控的定向排放,这样就可以在特定的方向上进行热失控防护设计。

在之前,由于电芯没有应用到电动汽车上,泄爆的方向性带来的影响还不明显,布置在输出极一端成为了一种惯性设计思路延续了下来,这样的设计导致在电芯成组和集成时,热失控向上喷发,正好是对着乘员舱进行喷发,这是很危险的行为,所以现在的绝大多数产品方案,需要在电芯(模组)与上盖之间建立起足够的防护墙。

所以,现在意识到了这个问题,而改变防爆阀位置所带来的难度也让很多人早早地打消了念头。用宁德时代的话来说,就是:

“当要解决这个问题时,很多研究人员容易想到的是将电池单体与驾驶舱之间的多个结构中的至少一个结构进行加强处理,来防止这种问题的发生。也就是说,由于上述各种问题或者其他各种问题的存在而造成的技术偏见,本领域技术人员并不会容易想到将泄压机构设置在电池单体的其他位置来解决这个问题。这也是因为这样的更改设计风险太大并且困难太多,这种风险和困难阻碍研究人员来将泄压机构设置在电池单体的其他位置。”

现在因为热失控防护的紧迫性,也是到了电芯设计集成到了结构方向上来,行业开始更多的关注到这些细节层面上来。

行业先行者

1、特斯拉4680CTC

特斯拉公布的的Model Y 4680 CTC方案,电芯的防爆阀布置在电芯底部,和正极端相反,这种设计它天然具体热电分离的前提条件,在集成时只需做好底部泄放空间的引导和固定,在电芯正极端完成电连接,它的热、电空间分别是底部和顶部,再Z向分离;

图片来源:知乎知化汽车

2、蜂巢能源龙鳞甲电池

蜂巢能源在第三届电池日上面发布了最新的LCTP3.0方案——龙鳞甲电池,提出了五大创新设计,分别是第二代短刀电芯、热电分离、中央排气通道取消、上下大面水冷以及适配各种材料体系。

其中的第二代短刀电芯就是采用的底部防爆阀的方案,同时第一次在行业内明确提出了热电分离的设计概念。

蜂巢能源第二代短刀电芯这一创新型的电芯设计,将防爆阀的位置更改到了电芯的底部,而输出极位于侧边,它的热、电空间分别是底部和横向,在Z向和Y向分离。

可以明显看到,蜂巢能源的龙鳞甲电池相较于LCTP1.0,由于采用了电芯底部防爆阀的设计,取消了中央的排气通道,这样的创新设计,将电气连接区域和热失控泄压区域完全独立开来,电芯的泄压物与电气连接空间完全绝缘,杜绝了“热失控”后导致的“电”的危害。同时,也减少了20%的结构件,让电池包成组率提升至76%,达到目前行业最高水平。

其次,可以看到龙鳞甲电池底部采用高强钢的结构加弹性支架,将底部防护空间与热失控泄压空间合并。电池包下箱体由单一的结构件上升为功能复合件,同时起到了:结构承载作用+结构防护作用+集成冷板+泄爆疏导结构。

最后,由于电芯底部开口(防爆阀),龙鳞甲电池的电池包上盖与水冷板集成,增加底部的水冷板设计,在防爆阀处开口避让,使得龙鳞甲电池换热能力提升70%,可以支持2.2C-4C的快充能力。

据悉,蜂巢能源的龙鳞甲电池基于电芯和电池系统的全方位创新设计,已申请了电芯25项,系统30项的专利。

电池系统的安全错综复杂,行业仍需继续探索

除了这种热电分离设计之外,如何更快速、更安全地断开主回路,以及如何进一步的加强电芯制造的安全也是目前行业仍需应对的课题。我们很欣喜的看到,目前整个行业已突破了同质化的技术趋势,迈向了安全升级的下一步。也希望随着蜂巢能源龙鳞甲电池、特斯拉4680CTC技术的应用,能让电动车的使用安全进入一个全新的阶段。

【广告】

（免责声明：此文内容为广告，相关素材由广告主提供，广告主对本广告内容的真实性负责。本网发布目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责，请自行核实相关内容。广告内容仅供读者参考。）