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簡析大禹電池:如果能搞定冷卻,能"剛"刀片電池

簡析大禹電池:如果能搞定冷卻,能"剛"刀片電池

讓新能源車銷量逐漸提升的根本,絕不是花裡胡哨的自動駕駛功能。

它要與燃油車搶市場,擺在面前的有續航里程和充電這兩個痛點需要解決。所以,如今越來越高的續航里程,才是新能源車銷量提升的根本原因。

再往深層看,電池技術直接影響續航里程,電池就像是電動車的“油箱”,越好的技術就越能給電動車更高的續航里程,能最直接的提升產品力。

前有比亞迪刀片、埃安彈匣,後有長城大禹電池。這是近幾天在長城科技節上公佈的新一代動力電池,會在2022年全面應用。

高鎳電池,弊端難平

簡析大禹電池:如果能搞定冷卻,能"剛"刀片電池

長城汽車這次公佈的大禹電池,是三元鋰電池,還是811的高鎳電池。行業現狀:811高鎳電池不好生產還不安全。

811提高了鎳的比例,正極材料鎳、鈷、錳配比為8:1:1,鈷的含量進一步降低,可以實現更高的電池能量密度,另外,鈷的稀缺性和價格昂貴的特點,NCM811的對降低動力電池成本也有積極作用。雖然,811電池成本低、能量密度大,缺點是熱穩定性較差,安全性一直是個待解決的難題。

都知道811好,能量密度大,但沒幾個廠家真正大規模生產了。寧德時代量產,在蔚來和廣汽新能源上投入使用;國軒高科有計劃,但是最終因為安全問題,計劃推遲。然後,是對三元鋰電池不感興趣的比亞迪,悄悄搞自己的811電池但也沒量產。

從正極材料角度講,隨著鎳含量提高,三元材料的熱分解溫度降低,放熱量增大,電池的安全效能變差,這是材料特性。然後,鈷的含量減少,材料迴圈和倍率效能也跟著降低。

所以,811電池有成本低、能量密度大的特性,缺點是迴圈性差、熱穩定性較差。好是好,但需要解決的問題也挺多的。從NCM523、NCM622到NCM811電池,雖然後者能量密度提升明顯,但弊端同樣突出。

應對方案主要依靠風冷?

簡析大禹電池:如果能搞定冷卻,能"剛"刀片電池

長城之所以給新動力電池命名“大禹”,因為大禹治水“堵不如疏”的觀念符合長城對動力電池熱失控的解決方法。長城給出了熱源隔斷、雙向換流、熱流分配、定向排爆、自動滅火、智慧冷卻這幾項針對熱失控的方案。

熱源隔斷,在電芯之間用了雙層複合材料,實現可以隔離熱源,能承受火焰衝擊。這一點,和同為三元鋰電池的埃安彈匣電池有些不同,大禹電池是在電芯之間用隔熱層,彈匣電池是從根源上解決問題,在電芯正極材料上進行本證特性表面修改,提升電芯穩定性。

然後,雙向換流+熱流分配,通俗講就是減少熱源對相鄰電芯的熱衝擊,避免二次引燃。在熱失控過程中,會產生大量的高溫、高壓氣火流,電芯會出現高熱然後自燃,隨之有可能引燃相鄰正常的電芯。雙向換流將這些熱量安全分攤到整個電池包上,但這些熱量顯然遠不夠讓整個電池包發生自燃的危險。

大禹的雙向換流+熱流分配,基本沒提冷卻液和製冷劑的事兒,可能出於成本和液體洩漏風險,大機率應該使用的風冷系統。技術層面到底是空調製冷系統蒸發器轉為冷風去吹電池,還是自然對流、自然風強制對流的哪種,現在還不得而知。

在分攤熱量之後,為了以防電芯最後還是發生自燃且爆炸。跟埃安彈匣電池不一樣,沒給電芯設定安全倉,也沒網狀奈米隔熱材料把電芯分隔,用的是引導排出法。源頭電芯自燃爆炸,結合電芯防爆閥位置,設計熱失控後氣火流路徑,分流、導疏,雙向換流把火源快速引導到滅火通道然後安全排出,同時電池包內的高壓區域絕緣措施也會啟動。

可能因為電池體積限制,大禹電池滅火設計採用阻燃的方法,在定向排爆出口設定多層不對稱蜂窩狀通道,保持包內壓力始終高於包外,從而阻止外界氧氣進入包內擴大火勢。然後就是智慧冷卻,在電芯觸發熱失控的同時,BMS也會透過溫度監控察覺並及時提高熱失控區域性的冷卻效率。

就目前公佈的資訊來看,長城大禹對於811電池的熱失控考慮挺多,但沒提使用風冷、液冷還是直冷的方案,但成本高和液體洩漏對811電池的風險,大機率應該是風冷。大禹電池和埃安彈匣電池應對三元鋰電池熱失控時的策略不同,彈匣電池是讓電芯更耐高溫,在高溫情況下長時間不燃不爆,給BMS拖出足夠的時間限制/切斷供電,同時調集更多的冷卻液來降溫。

大禹電池用的是811高鎳電芯,比亞迪刀片電池是磷酸鐵鋰電芯,埃安的彈匣電池和大禹一樣都是三元鋰電芯。但刀片和彈匣電池做的都是針刺實驗,唯獨長城選擇了加熱測試。量產811的寧德時代也沒當眾做過針刺實驗,更別說還沒量產投入使用的大禹電池。

總結:

現在各路廠家對於三元鋰電池熱失控這件事兒,都沒得到一個最好的解決方案,尤其是對811這種高鎳電池的熱失控,防範更要嚴苛。長城汽車大禹電池,無非又是另外一種針對熱失控的方案,既然放出2022年全面應用這話,那我們或許可以相信,長城對自己新動力電池的技術有點兒信心。