真金不怕火炼是长城汽车大禹电池技术的底气

　　进入新能源时代，影响消费者购买新能源车的因素已经从燃油时代的三大件是否强大变为了科技是否跟上了脚步、电池是否安全。在智能化赛道上你追我赶的大环境下，电池安全也是一个不容被忽视的问题，关乎厂商的口碑，更关乎消费者的生命安全。
　　近年来，新能源汽车起火的事故频发，而这些事件中有 32.97% 是因动力电池安全问题导致，解决电池安全问题成为了每个厂商必须要跨过的一道门槛。而在电池安全领域，名为「大禹电池技术」的全新电池安全体系正在开启新篇章。
　　大禹电池技术电池整包
　　而在最近，长城汽车首次详细展示了关于大禹电池技术体系的各项细节。长城汽车作为科技驱动型厂商，希望通过大禹电池技术体系向消费者展示一种全新的电池安全路线。据长城汽车称，大禹电池技术能够＂在电池正常生命周期内永不起火、永不爆炸＂，为动力电池安全带来新高度。
　　科技长城为我们带来的大禹电池究竟如何实现＂在电池正常生命周期内永不起火、永不爆炸＂的电池新安全？值得我们去细细品读一番。
　　一 . 以大禹之名
　　为何长城汽车要选择大禹这位古代英雄作为新技术的命名？皆因大禹是上古治水的英雄，其治理洪灾造福百姓的传奇故事人尽皆知。而大禹治洪的方法是＂堵不如疏＂，即治理洪水的最好办法不是将其堵死，而是想办法疏导它，这与大禹电池技术对动力电池热失控的解决方法路线不谋而合。
　　大禹治水「堵不如疏」
　　不同的是，大禹治的是洪灾，而长城汽车大禹电池技术则是保证装车电池在极高温条件下能够将热源抑制、隔离、冷却直至排出电池包外。如何做到？我们且来分析。
　　二、专为热失控而生的八项理念
　　在动力电池安全领域，影响电池安全的主要因素一共有六项。它们分别是：热安全、化学安全、机械安全、电气安全、功能安全及整车集成安全。而在长城汽车看来，热安全是影响电池安全尤为重要的重要一环，因此在这一环节上做出有效措施，成为了解决电池安全问题的一大关键。
　　大禹电池技术品鉴会现场
　　长城汽车认为，未来几年三元/无钴电池与铁锂电池将并存发展，并辅以一定的掺硅补锂技术；但超长续航和高动力的性能端车型，仍将以高镍三元电池为主。在这样的基础下，高密度、大容量的电芯运用不可避免。
　　受限于高密度电芯化学物质的不稳定性，电池包大量电芯中个别单体发生热失控也难免存在 ; 除了做好电芯、模组的隔热和冷却工作外，也需要对发热的根源做出疏导。而在大禹电池技术体系中，「疏导」恰恰是最为核心的理念。
　　在以疏导为核心的理念下，长城汽车将大禹电池技术体系划分为了八项核心理念，即：热源隔断、热流分配、双向换流、高温绝缘、定向排爆、自动灭火、正压阻氧及智能冷却。
　　在这八大理念的基础上，大禹电池技术构建了 4 层 5 维底层安全矩阵， 电芯、模组、电池系统、整车四层匹配，电芯测试、系统数据、安全设计、虚拟仿真、测试验证五个维度设计理念，实现电池热失控安全防护。
　　大禹电池技术电池整包细节
　　其中，这八大理念能够被分到＂控+导＂两个板块，其中热源隔断、高温绝缘、定向排爆、正压阻氧分为＂控＂；热流分配、双向换流、自动灭火及智能冷却分为＂导＂。二者相合，即能实现对电池热失控安全的＂通＂。
　　下面，我们分别剖析这八大理念如何＂各司其职＂，共同组成大禹电池技术对于电池热失控安全的防护墙。
　　1.热源隔断
　　许多动力电池厂商会将气凝胶隔热材料应用于电池模块的模组间和壳体内，通过气凝胶本身低导热系数和隔热性良好的特性实现对电芯的防护。不过气凝胶超高的孔隙率使其在力学性能上表现出了高度脆性及易碎的特点，尤其对于众多无机气凝胶，脆弱的力学性能是阻碍其应用的关键因素。
　　为了解决这一问题，大禹电池技术为电芯覆盖了全新开发的双层复合材料，能够实现既能隔离热源，又耐火焰冲击，有效解决了传统气凝胶不耐冲击的痛点。
　　同时，大禹电池技术在电池包模组间采用了高温绝热复合材料，可阻止火焰冲击和长时间传热传导。除此之外，其防护罩还设计了定向排爆出口，能快速将模组内部高温气火流排出，避免模组内部热蔓延。
　　热源隔断模组防护
　　电池整包设计细节
　　2.高温绝缘、智能冷却
　　除了将热源隔断外，大禹电池技术为电池整包也设计了精密的温控和防护措施，能够在发生热失控的时候为电池整包关键部分提供良好的防护，它们分别为高温绝缘和智能冷却。
　　大禹电池技术对高压连接及高压安全区域进行的高温绝缘防护设计，消除了热失控过程中的高温对铜排线束造成绝缘损伤，防止高压起弧损伤金属箱体。
　　中间部分高温绝缘防护设计
　　在温控部分，大禹电池技术采用单张大冷板与箱体集成设计方案，有效避免了管路高温泄露和爆裂的问题。
　　智能冷却系统
　　当电池管理系统识别到电芯已触发热失控，大禹电池技术可通过 BMS 和云端双重监控，确保整车快速开启冷却系统，抑制热扩散。同时，该温控方案还能智能调节冷却系统的开闭时间、流速、流量等，实现不同热失控条件下、高效冷却策略。
　　3.双向换流、热流分配
　　在热失控开始蔓延时，双向换流、热流分配作为大禹电池技术＂导＂的重要组成部分就会发挥作用。将二者放在一起聊，主要是二者均拥有大禹电池技术开创性的热失控燃烧模型。
　　通过热失控燃烧模型，大禹电池技术能实现气流和火流多维度拟合仿真，而双向换流及热流分配就是在这样的拟真条件下不断优化调试的。
　　整包级热失控燃烧模型模拟计算
　　在热失控过程中，电池包内会产生大量高温、高压气火流，而大禹电池技术通过对多种类换流通道设计方案仿真模拟，实现换流强度和比例的精准化设计，有效控制热源按预定轨迹流动，减少对相邻模组的热冲击，避免再次引燃。
　　而热流分配则通过搭建燃烧模型、热力学与流体力学拟合仿真、冲击强度和压力计算，实现气火流在不同结构通道内的均匀分布，为双向换流起到了很好的辅助作用。
　　热流分配模型
　　双向换流、热流分配相互配合，很好地为电池包内的热失控提供了疏导作用，而作为大禹电池技术最核心的定向排爆理念也在为抑制热失控时刻准备。
　　同时，长城汽车还是行业内首个采用热失控虚拟模型进行电池整包调试的厂商，填补了这一方面行业空白，颠覆了在热失控领域先开发再测试的传统方式，实现无实包条件下全数字化热失控虚拟仿真。通过热失控燃烧模型测试，可以缩短电池整包和技术的开发周期和风险。
　　4.定向排爆、自动灭火、正压阻氧
　　作为大禹电池技术最为核心的部分，定向排爆涵盖了分流、导流、换流；能够将火源快速引导至灭火通道并安全排出。长城汽车表示，目前该技术已攻克了通道内压力和流量均匀化调节的难点，消除了热量集中，使气火流在通道内分层均匀流动。
　　电池整包蜂窝状灭火盒设计
　　在灭火通道处，也是大禹电池技术创新的重要部分。在现场展示的电池实包完美可以看到，定向排爆出口设置多层不对称蜂窝状结构，从物理角度分析：蜂窝状结构的多孔性和多层隔热屏阻隔了空气的大空间流动，使之成为尺度十分有限的微小空间。在蜂窝状结构的加持下，空气的自然对流换热难以开展，有效地阻碍了对流换热的进行；从而实现火焰快速抑制和冷却。
　　前面介绍的＂隔断、疏导、排通＂起到作用后，还有一点可能会导致热失控防护措施功亏一篑的因素值得注意，那便是外部氧气。在这方面，长城汽车为大禹电池技术设计了一套正压阻氧措施。即根据蜂窝孔径及单位气体质量流量，保持包内压力始终高于包外，避免因氧气进入导致二次燃烧。
　　通过综上所述的八点理念，大禹电池技术体系有了打出＂永不起火，永不爆炸＂的宣传标语。当然，口说无凭，下文的实验数据才是有力证据。在这之前还值得提一提的是，在这八项技术理念背后，长城汽车大禹电池技术布局了数十项技术专利，并且将这些技术专利逐步向全社会免费开放。
　　大禹电池技术专利将对全社会免费开放
　　从这面似功勋墙般的技术专利开放表上，我们能够看到长城汽车对于电池安全的＂死磕＂以及其积淀多年的技术信心。在现场，长城汽车动力电池设计总监曹永强还小＂凡尔赛＂了一把，他提到：＂受限于展示墙大小，其实还有很多专利没有摆上来，后面我们会陆续向社会开放的。＂
　　三、＂盘活＂811，不止于 811
　　1.大禹电池 811 电芯加热试验解析
　　回到大禹电池技术体系，我们要明确的一个点是：大禹电池指的是长城汽车为电池安全开发的一套电池体系，而不是指一套固定的电芯或者配比。
　　不过，品鉴会现场长城汽车向公众展示的大禹电池技术整包是基于 NCM811 电池开发的，这与前文长城汽车认知中未来几年强动力及长续航车型将基于高密度三元电池开发相符。NCM811 电池在过去一段时间作为行业的热议话题，是业内公认的＂双刃剑＂。这种电池提高了原材料中镍的比例， 其正极材料由镍、钴、锰按 8:1:1 的比例配比而成，故名＂811＂。
　　NCM811 电池
　　较高的镍含量，决定了该电池组的能量密度与续航里程表现要比普通电池更为出色。但是，镍元素的活性非常强，稳定性也较差，一般的高镍电池组都需要强大的生产和应用技术来支撑。此前，因为 NCM811 电池导致的新能源车起火事件已经层出不穷，大禹电池附于NCM 811 电池，正是为了自证长城汽车在电池安全方面的突破。
　　大禹电池技术热扩散试验
　　此前，长城汽车已经在 GB 38031-2020 《电动汽车用动力蓄电池安全要求》测试标准下，对搭载大禹电池技术的 811 电池进行了加热模拟试验。
　　测试过程中，连续发生了三次多个电芯集聚触发热失控，温度最高达到 1037℃，电池包内气压达到三次高峰，瞬间最高气压约 16kPa。从测试视频结果可以看出，在发生热失控蔓延时，八项理念技术一直在对电池整包进行热流均匀分配和灭火降温，最终热失控在 30 秒内得以控制，过程中电池包外部没有发生起火或爆炸现象，与长城汽车宣传相符。
　　同时，得益于八项热失控理念的疏导，最终外溢烟雾的最高温度被控制在 100℃ 以下，没有对电池包周围产生二次伤害。
　　2.加热试验与针刺试验并不对立
　　现阶段，拥有电池技术的厂商们都会采用考验电池安全的试验来证明其安全性。目前，主流的试验方法有针刺试验和热扩散试验两种，二者均有国家标准作为其试验的理论支撑，同时也都能有效地从不同维度反映出电池的安全性。
　　而相比针刺试验，长城汽车选择加热触发的热扩散试验能够更精准地覆盖用户实际使用场景，让电池包产生热失控时的数据更可控。在日常使用场景中，地面硬物连续刺穿底护板、电池箱体、电芯壳体三层金属防护的概率较低；且动力电池发生事故的主要因素是电池自身质量问题、电池老化或过度充电。在这样的条件下，热失控扩散试验可以从更贴近用户的维度反应电池是否安全。
　　针刺试验实拍
　　同时，热扩散试验在试验过程中会产生更多的外部热源。在国标要求中，试验前需要根据样品对加热装置进行选择，加热装置包含加热板、薄膜加热片、加热棒、加热丝等；且需要根据样品的能量选择加热装置的最大加热功率。
　　在长城汽车对搭载大禹电池技术的NCM 811 电池进行加热的试验中，其采用全球最严苛的两个电芯连续触发的测试方式，触发位置选择了模组的中间电芯。
　　这样的条件下，不论是热扩散还是触发频率对于电池技术来说都是极其严苛的挑战，在外部热源和内部热扩散的极端环境下电池承受的压力并不比针刺试验小，而从前文的试验结果来看，搭载大禹电池技术的 NCM 811 电池在较短的时间内顺利越过了这一关。
　　总而言之，针刺试验与加热试验并不是对立的存在，二者均能够在不同的领域证明被试验电池的安全性，而长城汽车则通过对搭载大禹电池技术的 NCM 811 电池进行加热试验向我们证明，即使是能量密度大、极不稳定的NCM 811 高镍电池，大禹电池技术体系也能够通过＂控+导=通＂的方式将其压制。
　　既然作为当前化学体系下能量密度天花板的NCM 811 电池都能攻克，那么下行就不算什么难事。长城汽车也表示，未来大禹电池技术将逐步适配到更多的电池体系；将最难盘的 NCM 811 电池盘活，但绝不止步于 811。
　　四、大禹电池和长城汽车的未来
　　在应用层面，长城汽车将于2022年开始应用大禹电池技术，其中首搭项目为沙龙品牌的首款车型。
　　同时，长城汽车纯电、混动、氢能多条路线并举，持续进行饱和式精准研发投入。在国内，长城汽车已经建立以保定为总部，含北京、上海、广州、成都等国城市在内的9大研发基地，全面覆盖整车、核心零部件、新能源及智能领域研发。并在美国、日本、德国、加拿大等7个国家9个城市建立起研发中心，形成以中国总部为核心，涵盖欧洲、亚洲、北美的全球化研发布局。
　　而这一切，将会在大禹电池技术的加持下如虎添翼。
　　五、总结
　　在首次公布大禹电池技术的八项技术理念细节后，我们对于长城汽车大禹电池技术能够有一个更细致的认知。
　　大禹电池通过＂堵不如疏＂的新思路来实现电池安全，提高了电池整包安全性，也通过严苛的试验结果向消费者证明在大禹电池技术的加持下，NCM 811 电池这把＂双刃剑＂能够被扬长避短。同时，长城汽车通过向社会免费通过开放大禹电池技术专利，对电池安全领域的发展起到了积极的促进作用。
　　不论是大禹电池的技术创新性还是专利开放的包容性，都体现了长城汽车在于电池安全领域的行业占位，以及将消费者安全放在首位，敢于创新的企业形象。在大禹电池正式量产后，我们有理由相信未来大禹电池技术能够助力动力电池突破电池安全的框架，让中国新能源行业迎来新的发展。