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拿走拿走别客气,不起火、不爆炸的长城大禹电池技术居然不要钱

盖世汽车 崔志强 2021-09-24 12:00:30

“永不起火,永不爆炸。”这样的动力电池技术值多少钱?在电动化趋势不可逆转的今天,能够防止车辆由于动力电池的缘故而自燃,这样的技术堪称价值连城。但谁也没有想到,长城汽车这一次把这样的技术专利全面免费开放,长城汽车动力电池设计总监曹永强表示:“我们希望可以和整个产业一起推进动力电池的技术进步,为新能源汽车用户提供更好的用车体验。”据悉,此次免费开放专利的大禹电池技术将在2022年全面应用于长城汽车旗下新能源系列车型,首先搭载此项技术的将是沙龙品牌旗下的第一款车型。

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堵不如疏,这就是大禹电池技术的核心

中国已经明确提出“力争2030年碳达峰,2060年碳中和”的目标,加之第三次能源革命从化石能源到可再生能源的转型也正如火如荼,各大车企的新能源汽车战略规划均已启动,曹永强相信在未来的5到10年里新能源汽车的发展将迎来井喷阶段。长城汽车在这个大潮中提出了2025年全球年销量400万台的目标,其中80%为新能源汽车,所以动力电池的研发便成了重中之重。

尽管技术的进步已经帮助消费者缓解了购车成本、续航里程、充电时间、热失控安全与残值问题的五大焦虑,但是电池安全问题直到今天仍然是制约电动车发展的关键因素。长城汽车此次公布的大禹电池技术,用曹永强的表述来说是“突破性研发成果”,这是一种系统性的安全技术,内部可以装载多种化学体系的电芯,可以是三元锂,也可以是铁锂或是其他体系,将其集成为一个系统性的电池安全技术,其核心便是“堵不如疏”四个字,可以将气火流按照设计通道安全疏导出电池包外,从而保证动力电池的安全。

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在长城汽车的多次测试中,结果显示动力电池尤其是大容量的811高镍电池其热失控反应非常剧烈,常规的做法是哪里热失控就对哪里进行隔离封堵,但是热量较小的时候这种做法还可以生效,当面对大容量高能量的电芯热失控时也采用这种方法就会导致被收集起来的热源对于最相邻的模组做了快速的加热,于是……Boom!

在经过多次测试与计算之后,长城发现如果能够把热源按照既定的流量分配,让热流在满足电池安全边际的情况下疏导出去,会更有利于相邻电池模组的安全,能够更好地抑制热失控的蔓延。于是便有了大禹电池技术的出现。

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大禹电池技术的核心优势便是电芯化学体系全覆盖,其次便是任意位置电芯、单个或多个电芯触发热失控的情况下都能实现不起火、不爆炸。从技术方案上来看,大禹电池技术有着8个全新的设计理念:热源隔断、双向换流、热流分配、定向排爆、高温绝缘、自动灭火、正压阻氧与智能冷却,目前已经获得了数十项核心技术专利。

曹永强介绍说,大禹电池技术通过热流分配技术在整个电芯热失控之后将热流按照设计通道安全疏导出电池包。这一分配模式的建立,是通过大量的测试数据进行标定,然后建立了一个电池包热失控燃烧模型。通过这个模型将热力学与流体力学进行仿真,虚拟计算冲击强度与压力的变化。大禹电池技术的另一项核心技术便是定向排爆提醒,当电芯发生热失控之后,双向换流便开始发挥作用,其后便是通过分流、导流与换流将火源快速地转移至灭火通道排出电池包外,在这个过程中需要避免热源的过分集中,定向排爆技术在此过程中可以将超过一千度的高温气体快速降温至200度以内,然后再将其进行快速分散以使得排出电池包外的气体温度低于100摄氏度,从而避免对周遭的人与其他事物造成二次伤害。自动灭火技术则可以避免三元电池热失控之后由于电池包外部的氧气进入而导致的爆裂式燃烧。其他几项核心技术也同样针对电池热失控过程中的诸多环节做出了应对,以确保热失控最终可控。

大禹电池技术开创性地构建了热失控燃烧模型

一项好的技术背后除了研发团队的辛勤之外,一定还有着先进的研究方法。大禹电池技术开创性地构建了整包级的热失控暗哨模型,实现了气流与火流的多维度拟合仿真,填补了此前的行业空白。这也颠覆了热失控领域多年来先开发再测试的传统方式,实现了无实包条件下全数字热失控的虚拟仿真。

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此前行业内的传统模式都是在未知电池包最终性能的时候便加工、制样、组装,然后进行多项测试,其缺点在于周期长、人员投入大,而且很难监测到所有需要监测的数据。而长城汽车在大禹电池技术研发过程中搭建的这种模型,可以持续拓展热失控仿真维度,提升气流与火流的多工况模式拟合仿真真实度,还可以对仿真数据进行多层次数据标定,掌握电池的安全设计结果,从而缩短开发周期、降低风险。

在这个模型中,可以来验证气流场流量的分配,可以清楚地获知在热失控的初期、中期与后期各自氧气的含量,进而得知其支撑燃烧的时长与烈度。同样,这个模型可以通过对应力场的仿真计算识别出每个零件需要承受的压力数值,在其后的研发中根据压力数值直接选型即可。至于温度场的仿真计算则是模拟热流与气流的拟合过程,来判断热失控过程中的温度在电池包中是如何扩散的,便能够根据其流量大小与热量的强度进行智能冷却。

根据曹永强的介绍,通过这个模型的计算,目前所有的热失控参数都已经被工程师们数字化了,通过将其与整车策略的继承,便可以首先做到防患于未然,其次可以在热失控发生时通过热传导抑制温度在电池包内的扩散,进而以其他设计达到最大限度的安全。这种模型的建立,在动力电池行业内都是领先且具备突破性的,对于其他电池厂商而言也有着极为重要的参考价值。

技术好不好,谁说了算?

如果一项技术只有自己说好,那就是王婆卖瓜自卖自夸。想让大家都承认是真的好,那只有用公开的严苛测试来说明一切。

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大禹电池技术采用的测试标准为GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》,进行了行业内最为严苛的测试验证。首先,大禹电池技术在测试中选用的是行业内公认最具挑战性的三元811体系高镍大容量电芯,电池的容量越大,爆发的能量越高。对于三元811体系电芯而言,虽然针刺与加热的剧烈程度相当,但是加热产生的大量热源要比针刺严苛得多,所以大禹电池技术在这次测试中选择了加热触发的形式。同时,本次测试的触发位置选择了模组的中间电芯,并采用了全球最为严苛的两个电芯连续触发的测试方式,难度被进一步加强。

在测试的过程中,连续三次发生了多个电芯集聚触发热失控,温度最高达到了1037摄氏度,电池包内气压也达到了三次峰值,瞬间最高气压约为16kPa,大禹电池技术通过尾部灭火盒的设计将外溢烟雾最高温度控制在了100摄氏度以下,避免了对周遭人与物的二次伤害。

在通过了如此严苛的测试之后,曹永强终于可以和长城汽车一道表示大禹电池技术真的很过硬了。

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写在最后

出人意料的是,此次长城汽车选择将大禹电池技术的所有专利免费开放,曹永强表示:“这是长城汽车通过对新能源技术做出贡献来推动碳中和与人类可持续发展作出的努力之一,与大禹电池技术相关的更多专利也将陆续发布。”

上一次,将本可以成为企业聚宝盆的核心技术免费公布的车企叫做沃尔沃,那项技术便是在交通事故中拯救了无数人的三点式安全带。你还记得吗?