让三元锂电池针刺不起火？广汽埃安的「弹匣电池」是何方神圣
当前，全球汽车产业电动化的趋势已不可逆，电池安全问题不仅是消费者购买电动车考虑的重要因素，更是关乎新能源汽车产业健康可持续发展的核心基石。3 月 10 日，广汽埃安发布新一代动力电池安全技术——弹匣电池系统安全技术（简称「 弹匣电池」），行业首次实现了三元锂电池整包针刺不起火。 三元锂电池首次实现针刺不起火 目前，磷酸铁锂电池和三元锂电池是全球电动车行业的两大主流电池技术路线。磷酸铁锂电池因为寿命更长、成本更低，在中低续航车型中得到广泛的应用；而三元锂电池因为能量密度高、整车电耗低，主要在中高续航车型中应用。根据当前市场实际使用情况来看，磷酸铁锂电池、三元锂电池两种技术路线，在未来很长一段时间内仍将并行发展。 在广汽埃安的弹匣电池发布之前，比亚迪的刀片电池是目前行业内的领先技术，虽然刀片电池可以做到针刺后无烟无火，但这项技术是围绕磷酸铁锂电池展开的，而三元锂电池的安全目前仍然是行业公认的痛点和难点。 广汽所发布的弹匣电池安全技术是目前已知范围内唯一能使三元锂电池在针刺实验中不起火的技术。为验证弹匣电池的安全性，中国汽车技术研究中心首席专家、国家电池安全标准起草人之一刘仕强博士带领团队，对搭载了弹匣电池系统安全技术的三元锂电池整包进行了针刺热扩散试验。试验结果显示，广汽埃安的三元锂（弹匣电池）整包在试验过程中热事故信号发出 5 分钟后，仅出现短暂冒烟，无起火和爆炸现象。静置 48 小时后，电压降至 0V，温度恢复至室温。针刺后只有被刺电芯模块热失控，没有蔓延到其他电芯。打开电池整包，观察内部结构完好。 弹匣电池能够通过针刺不起火实验是因为其背后具备以下四大核心技术： 一、超高耐热稳定的电芯。电芯通过正极材料的纳米级包覆及掺杂技术的应用，能有效提升热稳定性，防止热失控；电解液新型添加剂的应用实现了 SEI 膜的自修复，从而改善电芯寿命，降低电芯短路风险；高安全电解液，通过特殊电解液添加剂，在加热至 120℃以上时，在活性材料表面自发聚合形成高阻抗特性聚合物膜，大幅降低热失控反应产热。这些关键技术的应用，使电芯的耐热温度提升了 30%。 二、超强隔热的电池安全舱。通过网状纳米孔隔热材料和耐高温上壳体，弹匣电池构筑了超强隔热的安全舱，最终实现三元锂电芯热失控不蔓延至相邻电芯。同时，电池包上壳体能耐温 1400℃以上，从而有效保护电池整包。 三、极速降温的速冷系统。通过全贴合液冷系统、高速散热通道、高精准的导热路径的设计，弹匣电池实现了散热面积提升 40%，散热效率提升 30%，有效防止热蔓延。 四、全时管控的第五代电池管理系统。通过采用车规级最新一代电池管理系统芯片，可实现每秒 10 次全天候数据采集，相比前代系统提升 100 倍，以 24 小时全覆盖的全时巡逻模式，对电池状态进行监测。发现异常时，立即启动电池速冷系统为电池降温。全时巡逻模式和异常自救的应用，重新定义了三元锂电池主动安全的标准。 「 刀片」 与「 弹匣」 反映了电动车行业的哪些现状？ 前有比亚迪的「 刀片电池」 后有广汽埃安的「 弹匣电池」，二者分别在磷酸铁锂和三元锂电池的安全性能上取得了重大突破。其实在群雄逐鹿电动车的时代，电池技术已经成为车企和电池供应商拿下市场的重要高地，而通往高地的路径只有两条：能量密度和安全性。无论在哪条路上走通，都可以在大众范围内进行重点传播，进而引起潜在消费者关注。 不过，在能量密度上做文章是非常难的，因为能量密度这件事在大众消费者眼中是与续航里程直接挂钩的，而牵扯续航里程的测试很难让消费者信服，现在大家都知道电动车真正的续航里程会在 NEDC 续航测试数据上打折扣。相比之下针对安全性的测试结果更加直观，消费者接受度更高，这也反映出为什么大家都在针对电池安全性做技术突破。 如果说比亚迪以电池供应商和主机厂的双重身份来发布「 刀片电池」 大家还能接受，但广汽直接以主机厂的身份「 越级」 进入电池领域，只能证明现在的电动车市场依然是得电池者得天下。 然而主机厂与电池行业之间本身就存在壁垒，主机厂的工作是针对电池包，整合产业链技术进行集成创新，实际上还是通过结构优化提高电芯通量和体积利用率，通过物理阻隔、冷却和软件监控等方式实现热监控并阻止热扩散，这些与「 弹匣电池」 电池的核心技术相符，但在底层技术上并没有直接参与的能力。 虽然「 弹匣电池」 针刺不起火是已经通过实验验证的事实，但我对广汽在发布会中提到的提高电池密度一事持保留意见，安全与能量密度这两种属性在现在的技术条件下本就是鱼和熊掌的关系。 结语 据悉，「 弹匣电池」 今年开始将会在 AION 全系车型上陆续搭载，「 弹匣电池」 针刺不起火标志着电池安全上升到全新的高度，特别是在三元锂电池安全性上取得了历史性的突破，重新定义了三元锂电池的安全标准。我相信」 弹匣电池」 技术也会打破那些对电动车安全性持质疑态度的消费者心中的壁垒。
走进蔚来试验中心，看看 EC6 的安全秘诀
安全，是每个消费者开车、乘车时最关心的问题。新能源汽车的安全性，特别是电池的安全性，更是因为一些负面新闻而让不少消费者持有消极态度。前不久中保研公布的碰撞测试中，蔚来 EC6 在车内乘员安全指数、车外行人安全指数、车辆辅助安全指数项目上全 G（优秀），正面 25%偏置碰撞与侧面碰撞更是获得罕见的零缺陷满分的成绩，相信可以打消不少人对新能源汽车的安全性的担忧。 近日，蔚来汽车在上海举办了整车工程安全日活动，我们就走进蔚来第二试验中心，从刚结束中保研碰撞试验的三台 EC6 上，找找这款车安全性高的原因所在。 车身结构是确保安全的关键 在新能源汽车的碰撞过程中，如何尽量减少驾驶室的变形、缓解碰撞对电池包的冲击力，对降低伤害至关重要。蔚来在设计之初，就以正向研发纯电专属平台为目标，专门设计了针对新能源汽车电池包结构和蔚来的换电技术的结构，来确保车型的安全性。 在经历了正面 25%偏置碰撞试验的 EC6 上，可以看到车辆左前侧 25%发生的碰撞虽然避开了前防撞梁、吸能盒等吸能区域，但碰撞后的 A 柱没有断裂、门槛梁几乎没发生变形，驾驶室舱没有入侵性破坏，乘员的空间得到保证。同时配合安全气囊和侧面安全气帘，缓冲了碰撞产生的前向力和侧向力作用，全方位保护了乘客。 驾驶室结构能够在碰撞后溃缩较少，得益于蔚来为了换电专门设计的 torque box（扭力盒）。作为 EC6 上的关键部件，这个立体格形部件采用高压铸造铝工艺，直接与大梁、前围板、A 柱和门槛梁连接，通过立体的多维度支撑造型和铸造件抗冲击力强的特点，将前方的碰撞能量传递到车身，从而减少了碰撞后乘员舱结构的溃缩。同时，同时前轮毂后方的两个扭力盒包围住电池包前方，与八个电池包固定螺栓和其他部件一同构成了高强度笼状结构，保证了电池包在碰撞中完好无损。 在侧面碰撞试验的 EC6 上，我们能看到经历了 1.5 吨重的小车以 50km/h 的速度碰撞后，位置较低的门槛梁受到冲击较小，A 柱框架仍然保持完好，但 B 柱位置有明显变形。变形后的 B 柱与座椅间仍有一定距离，这也给侧面气帘的保护留下了一定空间。这是因为 EC6 的底盘处有横置的加强梁设计，加强梁采用 6 系铝材料，将侧碰的冲击力向外传递，保证了乘员和电池的安全。 在车顶强度试验中，EC6 取得了 G 的成绩。车顶强度试验目的是测量车顶在产生一定形变距离下能承受的最大载荷，在车身发生翻滚时的保护作用。虽然目前电动汽车中心较低，不容易发生翻滚，但车顶的强度设计缺不含糊。在测试中，EC6 可以承受超过 10 吨的力，这意味着 EC6 的车顶上还可以同时承受近 5 台 EC6 的重量，通过高强度铝合金车身的设计，结合 SPR、FDS、激光焊、结构胶等先进连接工艺，EC6 的车顶变形后，驾驶功能依然完好。 试验后，EC6 装配的 2.1 平方米全景玻璃虽然已经因为车顶变形而破碎，但是夹层玻璃的设计使得玻璃碎片并没有飞溅，这也可以避免玻璃破碎造成的二次伤害。 高压电路保护快速响应 除了车身结构的安全设计，新能源汽车中复杂的高压电模块也是消费者对安全担心的重点。为了确保高压电路的安全性，蔚来在保险杠和车身布置了碰撞传感器。当车辆发生碰撞后，碰撞传感器可以控制电路在 11ms 内断电，也就是在碰撞刚发生时，高压电线就已经断电了，避免了碰撞损坏高压电路造成的危险。同时传感器控制高压零部件在 2.4 秒内放电完毕，使高压回路充分绝缘，无论是对于车上等待救援的乘客人员，还是后续维修人员，这都是一种安全保护。 耐撞性与经济维修性指数 中保研有一项针对保险行业的低速正碰/后碰测试，主要是评估车辆发生低速碰撞后的耐撞性和维修经济性的。蔚来 EC6 获得了豪华车里难得的 A 成绩。如何做到降低维修成本呢? 这得益于研发时的前瞻设计。比如将 RCAR 纳入气囊标定工况，确保气囊在低速碰撞不会起爆；在车身前后设置可拆卸吸能盒，利用铝合金吸能盒高效吸收碰撞能量，避免其他部位损坏变形；将较昂贵的零部件尽量布置在非变形区，避免低速碰撞下产生高昂的而维修费用等等。 正向研发的力量 在蔚来上海第二试验中心，除了参与碰撞测试的三台 EC6, 我们还看到了蔚来涵盖了整车、电子架构继集成、三电、电子电气、自动驾驶、电源管理及充换电设备等智能电动汽车全体系的测试和研发业务，看到了蔚来在正向研发上所做的努力。 比如亚洲首台由九自由度驾驶模拟器、仿真系统、视景系统等组成的驾驶体验仿真模拟平台。在这个通常用于 F1 训练的模拟平台上，驾驶员可以亲自感受还在设计阶段的新车的驾驶特性，利用主观感受与客观数据结合，对新车各项参数进行调教，或是对 ADAS 早期算法进行验证。这样，可以将测试提前到整车开发前期，同时也可以用模拟的效果来反馈到设计开发，提升研发的效率。 在全铝车身材料实验室，我们能看到蔚来作为全国首个独立正向研发全铝车身平台的中国企业，在车身材料性能，以及对车身连接工艺上的研究和判定 同时，蔚来的整车设计也不仅仅是针对国内的安全标准，从车型设计研发之初，蔚来就力求满足欧美安全碰撞标准和规范，在测试中增加力专门针对欧标的侧面柱碰、前柱碰撞、高速侧碰，以及美标的尾碰等试验。这确保了蔚来的车型在今后可以面向更大的市场需求，满足不同的确的安全标准。 最后 在这次的整车工程安全日中，我们能看到蔚来对智能电动汽车的安全方面做出的努力。电动汽车对汽车动力源的改变，智能驾驶对汽车操控方式的改变，为汽车安全带来新的挑战，也为汽车的设计和研发带来新挑战。在这条路上没有捷径可走，需要的正是蔚来这样通过正向研发去不断探索。