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简析大禹电池:如果能搞定冷却,能“刚”刀片电池

2021年06月30日 17:22:01
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来源:路咖汽车

让新能源车销量逐渐提升的根本,绝不是花里胡哨的自动驾驶功能。

它要与燃油车抢市场,摆在面前的有续航里程和充电这两个痛点需要解决。所以,如今越来越高的续航里程,才是新能源车销量提升的根本原因。

再往深层看,电池技术直接影响续航里程,电池就像是电动车的"油箱",越好的技术就越能给电动车更高的续航里程,能最直接的提升产品力。

前有比亚迪刀片、埃安弹匣,后有长城大禹电池。这是近几天在长城科技节上公布的新一代动力电池,会在2022年全面应用。

高镍电池,弊端难平

长城汽车这次公布的大禹电池,是三元锂电池,还是811的高镍电池。行业现状:811高镍电池不好生产还不安全。

811提高了镍的比例,正极材料镍、钴、锰配比为8:1:1,钴的含量进一步降低,可以实现更高的电池能量密度,另外,钴的稀缺性和价格昂贵的特点,NCM811的对降低动力电池成本也有积极作用。虽然,811电池成本低、能量密度大,缺点是热稳定性较差,安全性一直是个待解决的难题。

都知道811好,能量密度大,但没几个厂家真正大规模生产了。宁德时代量产,在蔚来和广汽新能源上投入使用;国轩高科有计划,但是最终因为安全问题,计划推迟。然后,是对三元锂电池不感兴趣的比亚迪,悄悄搞自己的811电池但也没量产。

从正极材料角度讲,随着镍含量提高,三元材料的热分解温度降低,放热量增大,电池的安全性能变差,这是材料特性。然后,钴的含量减少,材料循环和倍率性能也跟着降低。

所以,811电池有成本低、能量密度大的特性,缺点是循环性差、热稳定性较差。好是好,但需要解决的问题也挺多的。从NCM523、NCM622到NCM811电池,虽然后者能量密度提升明显,但弊端同样突出。

应对方案主要依靠风冷?

长城之所以给新动力电池命名"大禹",因为大禹治水"堵不如疏"的观念符合长城对动力电池热失控的解决方法。长城给出了热源隔断、双向换流、热流分配、定向排爆、自动灭火、智能冷却这几项针对热失控的方案。

热源隔断,在电芯之间用了双层复合材料,实现可以隔离热源,能承受火焰冲击。这一点,和同为三元锂电池的埃安弹匣电池有些不同,大禹电池是在电芯之间用隔热层,弹匣电池是从根源上解决问题,在电芯正极材料上进行本证特性表面修改,提升电芯稳定性。

然后,双向换流+热流分配,通俗讲就是减少热源对相邻电芯的热冲击,避免二次引燃。在热失控过程中,会产生大量的高温、高压气火流,电芯会出现高热然后自燃,随之有可能引燃相邻正常的电芯。双向换流将这些热量安全分摊到整个电池包上,但这些热量显然远不够让整个电池包发生自燃的危险。

大禹的双向换流+热流分配,基本没提冷却液和制冷剂的事儿,可能出于成本和液体泄漏风险,大概率应该使用的风冷系统。技术层面到底是空调制冷系统蒸发器转为冷风去吹电池,还是自然对流、自然风强制对流的哪种,现在还不得而知。

在分摊热量之后,为了以防电芯最后还是发生自燃且爆炸。跟埃安弹匣电池不一样,没给电芯设置安全仓,也没网状纳米隔热材料把电芯分隔,用的是引导排出法。源头电芯自燃爆炸,结合电芯防爆阀位置,设计热失控后气火流路径,分流、导疏,双向换流把火源快速引导到灭火通道然后安全排出,同时电池包内的高压区域绝缘措施也会启动。

可能因为电池体积限制,大禹电池灭火设计采用阻燃的方法,在定向排爆出口设置多层不对称蜂窝状通道,保持包内压力始终高于包外,从而阻止外界氧气进入包内扩大火势。然后就是智能冷却,在电芯触发热失控的同时,BMS也会通过温度监控察觉并及时提高热失控局部的冷却效率。

就目前公布的信息来看,长城大禹对于811电池的热失控考虑挺多,但没提使用风冷、液冷还是直冷的方案,但成本高和液体泄漏对811电池的风险,大概率应该是风冷。大禹电池和埃安弹匣电池应对三元锂电池热失控时的策略不同,弹匣电池是让电芯更耐高温,在高温情况下长时间不燃不爆,给BMS拖出足够的时间限制/切断供电,同时调集更多的冷却液来降温。

大禹电池用的是811高镍电芯,比亚迪刀片电池是磷酸铁锂电芯,埃安的弹匣电池和大禹一样都是三元锂电芯。但刀片和弹匣电池做的都是针刺实验,唯独长城选择了加热测试。量产811的宁德时代也没当众做过针刺实验,更别说还没量产投入使用的大禹电池。

总结:

现在各路厂家对于三元锂电池热失控这件事儿,都没得到一个最好的解决方案,尤其是对811这种高镍电池的热失控,防范更要严苛。长城汽车大禹电池,无非又是另外一种针对热失控的方案,既然放出2022年全面应用这话,那我们或许可以相信,长城对自己新动力电池的技术有点儿信心。

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