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)力電池應用國際峰會(huì )(CBIS2022)在中國上海拉開(kāi)帷幕，本屆峰會(huì )主題為“綠色低碳：構建鋰電發(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)力電池應用分會(huì )、壹能(北京)網(wǎng)絡(luò )科技有限公司承辦，無(wú)錫先導智能、申能東方能源研究院聯(lián)合承辦。
圖為上汽捷能高級總監葛海龍發(fā)表演講
上汽捷能高級總監葛海龍在光大激光冠名的“新能源汽車(chē)的全球供應鏈變革”主題論壇上，發(fā)表了題為“上汽魔方電池的安全設計開(kāi)發(fā)”的主題演講。
據介紹，上汽集團從2009年就開(kāi)始做電動(dòng)汽車(chē)，開(kāi)發(fā)的第一款A00級電車(chē)搭載的是磷酸鐵鋰電芯，帶電量大概在20度左右，彼時(shí)續航里程約為200公里。葛海龍表示，大約從2018年開(kāi)始，電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入高速發(fā)展階段，之前傳統主機廠(chǎng)油改電模式遇到瓶頸，在平臺化、集成效率和安全性等多維度要求下，電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)屬平臺——魔方電池平臺就在上汽誕生了，“專(zhuān)屬平臺覆蓋了A級車(chē)到C級車(chē)，車(chē)型涵蓋轎車(chē)、SUV、MPV，對電池電量也更加趨于多元化?！?/p>
葛海龍介紹稱(chēng)，魔方電池平臺開(kāi)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(guò)程轉化效率越來(lái)越高，“截至目前為止，在量產(chǎn)的方形電池層面，魔方電池系統的集成效率應該是做得最好的?！?/p>
基于專(zhuān)屬的電動(dòng)汽車(chē)平臺，目前魔方電池系統可以覆蓋400km~800km不同車(chē)型的續駛里程需求。據葛海龍透露，目前上汽正在開(kāi)發(fā)續航超過(guò)1000km超長(cháng)續航的“金標電池”，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開(kāi)發(fā)相關(guān)的產(chǎn)品，“項目已經(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(mǎn)足200km續航?！?/p>
葛海龍指出，隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)保有量的增大，電池安全或者自燃事件頻率也越來(lái)越高，影響越來(lái)越大，綜合對多起安全事件進(jìn)行分析，得出如下幾個(gè)結論：
第一、磷酸鐵鋰電池相關(guān)車(chē)型安全風(fēng)險也同樣不可忽視，電芯材料的相對安全并不代表電池包安全或整車(chē)安全，不能畫(huà)等號。
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(guò)程中產(chǎn)能的損傷是從量變到質(zhì)變的過(guò)程，單次使用不當或濫用，不一定會(huì )立刻對電池造車(chē)嚴重損傷。
第三、整車(chē)現在對電池設計了比較好的主動(dòng)冷卻系統，高溫和常溫環(huán)境下電池安全并沒(méi)有很大差別。
葛海龍表示，因為電池安全非常重要，因而各個(gè)國家都制定了相關(guān)的安全標準。從橫向看，美國的標準是目前最嚴格的，包括它要求實(shí)驗室溫度為55度，且電量要求100%的SOC，1個(gè)小時(shí)不起火。目前中國的國標要求5分鐘，但預計很快會(huì )提升至30分鐘，“整個(gè)標準是向著(zhù)一個(gè)越來(lái)越嚴的方向在發(fā)展?！?/p>
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(chē)設計時(shí)，還需要考慮各種應用環(huán)境和工況，采取一些主動(dòng)防護。
葛海龍還強調，除了電芯安全、主動(dòng)防護外，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，從主動(dòng)到被動(dòng)，從隔離到疏導?！?/p>
在葛海龍看來(lái)，整個(gè)電池行業(yè)安全方面，最難的應該是全化學(xué)體系都能實(shí)現零熱失控，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措施，可以用“遇、導、臥、隔、疏”，來(lái)總結這一系列安全設計理念。
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，電芯的防護閥是朝向兩側的，能夠天然降低整個(gè)安全的傷害。
葛海龍表示，經(jīng)過(guò)與目前主流的電芯對比分析，使用同樣的電芯和防護材料的情況下，躺式布置的安全性是遠遠好于立式布置的電芯。
另外，魔方電池因為整個(gè)架構上有先天性的優(yōu)勢，可以實(shí)現在單包多個(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，魔方系統基于不同層級從材料、電芯、系統等各層級進(jìn)行了復雜設計，如針對特定特性的電芯，開(kāi)發(fā)特殊的隔熱和防火防護材料，再通過(guò)系統集成，以達到其設定的安全標準電池系統，“在每一個(gè)層級我們通過(guò)設計到仿真，再到測試，不斷地修正完善迭代?！?/p>
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(guò)和大部分供應商合作，開(kāi)發(fā)一些DOE實(shí)驗來(lái)篩選不同特性的材料所具備的性能，最后建立了一個(gè)豐富的數據庫。
在電芯層面，通過(guò)電芯的測試，包括物理模型的推導，形成電芯的產(chǎn)熱模型熱失控的邊界和熱失控過(guò)程中它的一些參數和閾值。
在系統層面，就是要包括從機械、熱、電，以及氣整個(gè)方面的結構防護，同時(shí)在設計過(guò)程中以這種失效分析模式為驅動(dòng)，最后在整包級別實(shí)現一個(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)驅動(dòng)，同時(shí)在這個(gè)過(guò)程中不斷地積累數據，最后實(shí)現一個(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(kāi)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?！?/p>
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