上汽捷能葛海龍：上汽魔方電池安全“探秘”
【電池中國網(wǎng) 12月21日 上海訊】12月20日，第七屆動(dòng)力電池應(yīng)用國際峰會(huì)(CBIS2022)在中國上海拉開帷幕，本屆峰會(huì)主題為“綠色低碳：構(gòu)建鋰電發(fā)展新生態(tài)”，峰會(huì)由宏工科技總冠名，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)、電池中國網(wǎng)主辦，明冠鋰膜、東方證券聯(lián)合主辦，動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)、壹能(北京)網(wǎng)絡(luò)科技有限公司承辦，無錫先導(dǎo)智能、申能東方能源研究院聯(lián)合承辦。
圖為上汽捷能高級總監(jiān)葛海龍發(fā)表演講
上汽捷能高級總監(jiān)葛海龍?jiān)诠獯蠹す夤诿摹靶履茉雌嚨娜蚬?yīng)鏈變革”主題論壇上，發(fā)表了題為“上汽魔方電池的安全設(shè)計(jì)開發(fā)”的主題演講。
據(jù)介紹，上汽集團(tuán)從2009年就開始做電動(dòng)汽車，開發(fā)的第一款A(yù)00級電車搭載的是磷酸鐵鋰電芯，帶電量大概在20度左右，彼時(shí)續(xù)航里程約為200公里。葛海龍表示，大約從2018年開始，電動(dòng)汽車進(jìn)入高速發(fā)展階段，之前傳統(tǒng)主機(jī)廠油改電模式遇到瓶頸，在平臺(tái)化、集成效率和安全性等多維度要求下，電動(dòng)汽車專屬平臺(tái)——魔方電池平臺(tái)就在上汽誕生了，“專屬平臺(tái)覆蓋了A級車到C級車，車型涵蓋轎車、SUV、MPV，對電池電量也更加趨于多元化。”
葛海龍介紹稱，魔方電池平臺(tái)開發(fā)經(jīng)歷了電芯到模組，再到CTP，再到深度的CTB技術(shù)集成迭代，整個(gè)迭代過程轉(zhuǎn)化效率越來越高，“截至目前為止，在量產(chǎn)的方形電池層面，魔方電池系統(tǒng)的集成效率應(yīng)該是做得最好的。”
基于專屬的電動(dòng)汽車平臺(tái)，目前魔方電池系統(tǒng)可以覆蓋400km~800km不同車型的續(xù)駛里程需求。據(jù)葛海龍透露，目前上汽正在開發(fā)續(xù)航超過1000km超長續(xù)航的“金標(biāo)電池”，同時(shí)因800V和快充技術(shù)受到關(guān)注，公司也在基于魔方電池系統(tǒng)開發(fā)相關(guān)的產(chǎn)品，“項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入試樣階段，明年6月就能量產(chǎn)，可以做到充電5分鐘，滿足200km續(xù)航。”
葛海龍指出，隨著電動(dòng)汽車保有量的增大，電池安全或者自燃事件頻率也越來越高，影響越來越大，綜合對多起安全事件進(jìn)行分析，得出如下幾個(gè)結(jié)論：
第一、磷酸鐵鋰電池相關(guān)車型安全風(fēng)險(xiǎn)也同樣不可忽視，電芯材料的相對安全并不代表電池包安全或整車安全，不能畫等號(hào)。
第二、靜置停放下發(fā)生自燃的概率比較高，表明電池在使用過程中產(chǎn)能的損傷是從量變到質(zhì)變的過程，單次使用不當(dāng)或?yàn)E用，不一定會(huì)立刻對電池造車嚴(yán)重?fù)p傷。
第三、整車現(xiàn)在對電池設(shè)計(jì)了比較好的主動(dòng)冷卻系統(tǒng)，高溫和常溫環(huán)境下電池安全并沒有很大差別。
葛海龍表示，因?yàn)殡姵匕踩浅Ｖ匾蚨鱾€(gè)國家都制定了相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)。從橫向看，美國的標(biāo)準(zhǔn)是目前最嚴(yán)格的，包括它要求實(shí)驗(yàn)室溫度為55度，且電量要求100%的SOC，1個(gè)小時(shí)不起火。目前中國的國標(biāo)要求5分鐘，但預(yù)計(jì)很快會(huì)提升至30分鐘，“整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是向著一個(gè)越來越嚴(yán)的方向在發(fā)展。”
葛海龍指出，單顆電芯的安全不代表整個(gè)電池包的安全，電芯安全只是第一步，在電池包和整車設(shè)計(jì)時(shí)，還需要考慮各種應(yīng)用環(huán)境和工況，采取一些主動(dòng)防護(hù)。
葛海龍還強(qiáng)調(diào)，除了電芯安全、主動(dòng)防護(hù)外，還要保證整個(gè)電池包不會(huì)進(jìn)入一種失控的狀態(tài)，也就需要加入被動(dòng)安全，“整個(gè)電池的安全是一個(gè)全面的考慮，從電芯到系統(tǒng)，從主動(dòng)到被動(dòng)，從隔離到疏導(dǎo)。”
在葛海龍看來，整個(gè)電池行業(yè)安全方面，最難的應(yīng)該是全化學(xué)體系都能實(shí)現(xiàn)零熱失控，上汽魔方電池已經(jīng)做到了這一點(diǎn)，主要得益于采用了全面的安全防護(hù)措施，可以用“遇、導(dǎo)、臥、隔、疏”，來總結(jié)這一系列安全設(shè)計(jì)理念。
以“臥”字為例，魔方電池采用的是一個(gè)電芯躺式布置的方式，它能夠最大限度地減少相鄰兩顆電芯之間的傳染路徑。同時(shí)躺式布置，電芯的防護(hù)閥是朝向兩側(cè)的，能夠天然降低整個(gè)安全的傷害。
葛海龍表示，經(jīng)過與目前主流的電芯對比分析，使用同樣的電芯和防護(hù)材料的情況下，躺式布置的安全性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于立式布置的電芯。
另外，魔方電池因?yàn)檎麄€(gè)架構(gòu)上有先天性的優(yōu)勢，可以實(shí)現(xiàn)在單包多個(gè)不同的位置同時(shí)進(jìn)行針刺，也不會(huì)發(fā)生熱失控。
在被動(dòng)安全層面，魔方系統(tǒng)基于不同層級從材料、電芯、系統(tǒng)等各層級進(jìn)行了復(fù)雜設(shè)計(jì)，如針對特定特性的電芯，開發(fā)特殊的隔熱和防火防護(hù)材料，再通過系統(tǒng)集成，以達(dá)到其設(shè)定的安全標(biāo)準(zhǔn)電池系統(tǒng)，“在每一個(gè)層級我們通過設(shè)計(jì)到仿真，再到測試，不斷地修正完善迭代。”
如在材料層面，上汽魔方電池具備從料片級到整包級這種篩選能力，通過和大部分供應(yīng)商合作，開發(fā)一些DOE實(shí)驗(yàn)來篩選不同特性的材料所具備的性能，最后建立了一個(gè)豐富的數(shù)據(jù)庫。
在電芯層面，通過電芯的測試，包括物理模型的推導(dǎo)，形成電芯的產(chǎn)熱模型熱失控的邊界和熱失控過程中它的一些參數(shù)和閾值。
在系統(tǒng)層面，就是要包括從機(jī)械、熱、電，以及氣整個(gè)方面的結(jié)構(gòu)防護(hù)，同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中以這種失效分析模式為驅(qū)動(dòng)，最后在整包級別實(shí)現(xiàn)一個(gè)仿真性能和整包測試的閉環(huán)。
葛海龍表示，可以看出整個(gè)體系就是這樣一個(gè)雙環(huán)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)在這個(gè)過程中不斷地積累數(shù)據(jù)，最后實(shí)現(xiàn)一個(gè)完全閉環(huán)和不斷迭代，“有了這樣的一個(gè)流程，我們整個(gè)開發(fā)周期可以大幅縮短，同時(shí)我們安全可以做到非常高的水平。”
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