中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：“歷史上有一個(gè)著名的戰(zhàn)役——赤壁之戰(zhàn)，在這場戰(zhàn)役中，曹操因用鐵鏈把戰(zhàn)船拴在一起而損失慘重。為什么？因?yàn)楫?dāng)周瑜大軍起火的戰(zhàn)船燒過來的時(shí)候，曹操軍隊(duì)的戰(zhàn)船因連在一起一時(shí)無法解開，災(zāi)難自然就不可避免。假如拴戰(zhàn)船的鐵鏈能夠自動(dòng)斷開，曹操至少不會(huì)損失如此慘重，最多也就是外圍的幾艘戰(zhàn)船被燒，仍然可以保存實(shí)力。”江淮華霆?jiǎng)恿τ邢薰径轮荠i在向《中國汽車報(bào)》記者講解蜂窩電池的技術(shù)原理時(shí)，首先舉了一個(gè)簡單易懂的例子。他說，蜂窩電池技術(shù)即是如此，因?yàn)榭梢宰晕覕嚅_就可以切斷壞電芯對外擴(kuò)張的通路，保護(hù)整體電池包的安全?！斑@項(xiàng)技術(shù)把電池包起火概率降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)?！敝荠i說。
動(dòng)力電池技術(shù)日新月異，新技術(shù)層出不窮，不過，在普遍追求能量密度的情況下，側(cè)重于安全技術(shù)提升的蜂窩電池顯然有其更重要的意義。近日，江淮汽車開啟iC5電動(dòng)汽車預(yù)售，搭載的正是蜂窩電池。那么，這項(xiàng)號(hào)稱領(lǐng)先行業(yè)3～5年的“黑科技”真能大幅提升動(dòng)力電池的安全性嗎？
■運(yùn)用仿生技術(shù)提升電池安全性
在大自然中，六邊形是一個(gè)神奇的圖案。蜂巢幾乎接近正六邊形、烏龜背上有多個(gè)六邊形圖案、冬天的雪花有很多是對稱的六邊形……近年來，被稱為“黑金”的石墨烯的碳原子也是按照六邊形排布，相互連接形成碳分子。
大自然經(jīng)過長期演化篩選出眾多符合自然規(guī)律的技術(shù)、現(xiàn)象，人類也熱衷于向大自然學(xué)習(xí)，于是便催生了近代興起的仿生學(xué)。江淮汽車在動(dòng)力電池技術(shù)的運(yùn)用上就借鑒了仿生學(xué)的原理，經(jīng)過4年多的努力，研發(fā)出蜂窩電池。
眾所周知，六邊形結(jié)構(gòu)具有較高的穩(wěn)固性，在工程建設(shè)中大量采用六邊形結(jié)構(gòu)。江淮汽車的蜂窩電池同樣采用六邊形結(jié)構(gòu)。周鵬告訴記者，六邊形結(jié)構(gòu)可以吸引一定的碰撞和擠壓能量，即便遭遇較大的外力碰撞、擠壓也不易出現(xiàn)大面積的坍塌?！胺涓C電池采用六邊形結(jié)構(gòu)，并在電芯之間注滿導(dǎo)熱膠，從而做到電池單體之間電隔離和熱隔離。假如有一顆電芯失效，它不會(huì)波及到周邊，因此不會(huì)引起連鎖反應(yīng)。這項(xiàng)技術(shù)切斷了壞電芯向周圍擴(kuò)散的通路，從而確保電池包的安全?！敝荠i說。
具體來看，首先，“蜂窩電池采用了蜂巢結(jié)構(gòu)的仿生設(shè)計(jì)，通過外延包覆的UE技術(shù)（Unitized Encapsulation），實(shí)現(xiàn)單元化封裝?！敝荠i說，”UE技術(shù)可以降低電池系統(tǒng)內(nèi)的熱擴(kuò)散，并且保持電池系統(tǒng)恒溫，降低季節(jié)性溫差對電池續(xù)駛里程的影響。”
其次，周鵬告訴記者，蜂窩電池的電芯之間注滿了導(dǎo)熱膠，這保證了電芯的散熱速度。他解釋稱，一個(gè)基本的原理是，水冷卻散熱效果好于空氣冷卻的散熱效果。如果導(dǎo)熱膠與電芯100％接觸將加快電芯的散熱速度。電芯的電化學(xué)反應(yīng)不可避免帶來熱量散發(fā)，導(dǎo)熱膠快速把熱量傳遞出來，可以確保電池包內(nèi)部的溫差≤3℃。“當(dāng)電池單體間出現(xiàn)溫度不均衡時(shí)，電芯的電化學(xué)反應(yīng)速率會(huì)出現(xiàn)不均衡，進(jìn)而導(dǎo)致電池單體間的循環(huán)壽命、容量和內(nèi)阻出現(xiàn)差異，這種差異會(huì)縮短電池壽命?！敝荠i說。
第三，除了實(shí)現(xiàn)良好的散熱效果，蜂窩電池還具有保溫作用。周鵬形象地介紹說，住過鐵皮屋的人都知道，夏季鐵皮屋像一個(gè)蒸籠，冬季又寒徹透骨。同理，圓柱電芯都用鐵皮包裹，溫度調(diào)節(jié)能力很差，在電芯當(dāng)中注入導(dǎo)熱膠不僅可以散熱，還可以起到保溫作用。在冬季，有了導(dǎo)熱膠的防護(hù)，電池可以快速升溫?！暗蜏貢?huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部物質(zhì)的活性降低，內(nèi)阻、極化電壓增加，快速升溫之后，這些不利影響將能盡快消除?！敝荠i說。
■電芯設(shè)計(jì)同樣注重安全性
從以往發(fā)生的多起電動(dòng)汽車起火事故來看，電池內(nèi)部故障是起火的主要原因。蜂窩電池不僅電池單體之間的防護(hù)措施有所改變，在電芯設(shè)計(jì)上同樣要求配套變化。
據(jù)介紹，江淮汽車蜂窩電池采用力神的21700 NCA電池，這款電池的看點(diǎn)是采用了雙防爆閥設(shè)計(jì)，容量為1C～4.8Ah（0.2C～5Ah），單體能量密度為245Wh/kg。從能量密度來看，蜂窩電池的能量密度符合主流趨勢，并且處于中上游水平。
記者在長期跟蹤新能源汽車報(bào)道的過程中了解到，每家電池企業(yè)為了確保安全都設(shè)計(jì)了防爆閥，不過，以往的圓柱電池都只有一個(gè)位于電芯頂端的防爆閥，但電芯內(nèi)部一旦發(fā)生熱失控，反應(yīng)將非常劇烈，只有一端設(shè)計(jì)了防爆閥，意味著電池發(fā)生熱失控時(shí)氣體只能從一個(gè)方向涌出。這就類似于大炮發(fā)射炮彈時(shí)，高壓氣體推動(dòng)炮彈從炮管射出一樣，電芯僅一端有防爆閥，意味著在短時(shí)間內(nèi)從防爆端口會(huì)噴涌出大量的氣體。而采用雙防爆閥設(shè)計(jì)，則能分流涌出的氣體，降低爆炸的劇烈程度。周鵬告訴記者：“雙防爆閥設(shè)計(jì)可以降低電池?zé)崾Э貢r(shí)的威力，有助于電池包的安全。”
此外，隨著動(dòng)力電池能量密度的提升，電芯尺寸普遍增大，那么防護(hù)難度自然也會(huì)增加。在這種情況下，既要保證安全，又要保證足夠的容量，找到合適的平衡點(diǎn)至關(guān)重要?！皬陌踩慕嵌葋碚f，電芯容量如果超過6Ah，目前電池包的任何防護(hù)都很難起到作用?！庇袠I(yè)內(nèi)人士告訴記者。不過，從江淮汽車發(fā)布的蜂窩電池來看，其采用的是力神的21700NCA電池，容量僅為5Ah，電池包的防護(hù)設(shè)計(jì)將很好地發(fā)揮作用。
另外，從原材料來看，力神電池采用的NCA（鎳鈷鋁）材料也具有較高的安全性。周鵬告訴記者，相比于國內(nèi)流行的三元材料鋰電池NCM（鎳鈷錳）電池，NCA電池的安全性和穩(wěn)定性更好，但技術(shù)難度也更大。這種難度涵蓋材料技術(shù)、電池設(shè)計(jì)和加工技術(shù)。
此外，記者還注意到，我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫?號(hào)電池都有凸起的頂蓋，力神的NCA電池兩端卻都是平的。對此，周鵬告訴記者，這是因?yàn)閮啥硕及惭b了防爆閥，確保電池發(fā)生熱失控時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)“定向爆破”，讓氣體流向希望導(dǎo)向的方向，不傷及周圍的電池單體，從而確保整體電池包安全。
■經(jīng)受住檢驗(yàn)才具有實(shí)用價(jià)值
實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的惟一標(biāo)準(zhǔn)。從理論上看，蜂窩電池的設(shè)計(jì)思路具有獨(dú)特之處，但能否經(jīng)受得住檢驗(yàn)？江淮新能源相關(guān)負(fù)責(zé)人向記者展示了實(shí)驗(yàn)檢測的錄像。
記者注意到，江淮汽車對蜂窩電池包進(jìn)行了一些極端試驗(yàn)。如從底部直接用汽油加熱，且連續(xù)加熱130秒；直接用火焰接觸電池包，且連續(xù)燃燒130秒。在這些極端測試中，蜂窩電池都經(jīng)受住了考驗(yàn)。
2019年春季，因我國南方雨水較多，電池包的安全防護(hù)屢出問題導(dǎo)致發(fā)生了多起電動(dòng)汽車起火事故。那么，這款號(hào)稱具有高安全性的蜂窩電池的防水效果又如何？記者看到，在防水實(shí)驗(yàn)中，江淮汽車把整個(gè)電池包泡入1米深的水池之中，連續(xù)浸泡12個(gè)小時(shí)并沒有出現(xiàn)問題。這樣的浸水試驗(yàn)達(dá)到了IP68的標(biāo)準(zhǔn)，超過了行業(yè)內(nèi)普遍采用的IP67標(biāo)準(zhǔn)，也是目前行業(yè)內(nèi)的最高標(biāo)準(zhǔn)。
除此之外，車輛行駛中的碰撞也是導(dǎo)致起火的原因之一，電池包在受到擠壓后，電解液因泄露會(huì)迅速燃燒。蜂窩電池同樣進(jìn)行了這方面的檢測。記者注意到，試驗(yàn)人員對電池包進(jìn)行了最大擠壓力200KN的擠壓，這相當(dāng)于用20噸的擠壓力對電池系統(tǒng)進(jìn)行擠壓。同時(shí)進(jìn)行了加速度25G的沖擊試驗(yàn)?？傮w來看，蜂窩電池的表現(xiàn)都還比較理想。
周鵬告訴記者，現(xiàn)在推向市場的蜂窩電池是2.0版本，早在2016年，江淮華霆?jiǎng)恿τ邢薰揪烷_始研究蜂窩電池技術(shù)，2017年研發(fā)出1.0版本，經(jīng)過幾年的不斷完善，技術(shù)日臻成熟，性能也逐步提升?！案匾氖牵雌嚀碛蟹涓C電池技術(shù)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在未來還將不斷迭代新版本，為我國新能源汽車發(fā)展出一份力?！敝荠i說。
周鵬進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，蜂窩電池的最大特點(diǎn)就是提升了安全性，預(yù)計(jì)可以將電池失效導(dǎo)致的車輛起火概率降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，比如，以往1萬輛電動(dòng)車中有可能發(fā)生一起熱失控，運(yùn)用蜂窩電池技術(shù)之后將變成10萬輛才發(fā)生一起。
