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全球首創!讓電池不懼高溫不怕水,他們做到了

2024-03-18推薦

「電池安全嗎?」

「天熱會不會起火?」

「防水效能怎麽樣?」

……

隨著新能源汽車進入千家萬戶,諸如此類的問題時常被消費者提及。

對於地處武漢的嵐圖汽車科技有限公司(以下簡稱「嵐圖」)而言,這樣的疑慮更是要經常面對。一到夏季,當地氣溫高、雨量大,人們既擔心高溫引起電池故障,又擔心汽車泡水後會漏電。

「單體電芯熱失控後5分鐘,電池不起火,這是國家標準。而我們做到了‘不冒煙’!」日前在接受科技日報記者采訪時,嵐圖動力電池技術負責人劉振勇底氣十足地說,「即便浸泡在半米深的水裏超過72小時,‘琥珀電池’依然可以正常工作。」

嵐圖「琥珀電池」,中間包裹圓柱電芯。

這份底氣的背後,是嵐圖在全球首創的新能源汽車動力電池三維隔熱墻技術。

防「火燒連營」,為電芯構建「安全艙」

電池是新能源汽車的核心部件,也是最容易出現安全隱患的地方。事故撞擊、雨水浸泡、老化短路、過充過放等都有可能觸發電池內電芯過熱失控,誘發安全事故。

「車用動力電池往往由數百乃至數千個電芯組成,這也意味著存在成百上千個熱失控風險點。」嵐圖新能源技術負責人黃敏告訴記者,「如果某個電芯過熱引發其他電芯連鎖反應,整個電池會急劇升溫、過熱、起火,甚至發生爆炸。」

要防止電芯連環熱失控,阻斷「火燒連營」是關鍵。問題很直接,但在解決方案上,國內外研究機構選擇的技術路徑各有不同。有的看重電池管理系統,持續升級軟硬件改善電池熱管理效能;有的專註電池冷卻方案,采用頂部與側面水冷為電芯散熱;還有的聚焦電池封裝技術,透過改變封裝方式實作電池包整體抗壓阻燃。

嵐圖電池包模擬碰撞測試。

4年前,當嵐圖研發團隊準備攻克這一難題時,大家的意見並不統一。有人認為重點應該放在隔熱阻燃,也有人覺得絕緣散熱才是焦點。

「其實大家說的都對。我一直在想,能否找到一種融合方案,一並解決這些問題。」劉振勇告訴記者,一次偶然機會,他看到包裹著昆蟲的琥珀,思路頓時有了。

為什麽不能像琥珀那樣,將電芯封裝起來?只要找到合適的材料,隔熱、阻燃、絕緣都不是問題。

「就好比用特殊材料搭建出一個個‘安全艙’,將電芯悉數包裹起來。」劉振勇打了個形象的比方,「即使某個電芯出現‘暴躁’情況,也只能老老實實待在自己的艙內。」

技術路線直接明了,實施路徑卻錯綜復雜。

並不是將整個電芯一包了事這麽簡單。裸露在外,連線電路的電芯兩極怎麽辦?研發團隊苦苦思索解決方案。

「經過反復探討,大家形成了‘上隔下散’的共識,就是在電芯頂部及四周鋪設隔熱阻燃材料,在電芯底部部署快速散熱系統。」黃敏介紹道。

不斷完善電路設計、再三驗證冷卻方案、來回替換耐溫材料……最終,研發團隊首創出三維隔熱墻技術——電芯與電芯之間透過「琥珀」包裹隔離,電芯頂部布置耐1000℃高溫的隔熱阻燃層,電芯底部與高效液冷系統接觸。

嵐圖電池包高溫淋水測試。

「‘琥珀’為電芯構建‘安全艙’,耐高溫隔熱阻燃層保護車內人員安全,液冷為極端情況下過熱電芯‘降火’。」劉振勇說,即便車輛遭遇事故,造成擠壓、燃燒、進水,「琥珀電池」依然能保持安全狀態。

選最優材料,讓「魚與熊掌」可兼得

實作三維隔熱墻技術的核心是材料,尤其是制造「琥珀」的材料。

研發團隊將重心放在了研制這種材料上。

在電芯外包裹材料,就會增加電池的重量與體積,必然造成電池單位質素、單位體積所儲存的能量下降,這與動力電池普遍追求的大能量密度存在天然矛盾。

研發初期,因為材料選擇的問題,「琥珀電池」的能量密度並不高,車輛的續航能力受限。嵐圖行政總裁盧放說:「安全與能量一個都不能少,就好比‘魚與熊掌’要兼得。」

各項效能的平衡,是一項復雜的系統工程。「我們既要考慮防撞、防火、防水與成本,又要考慮重量、體積以及維護保養便利,必須找到‘最大公因數’。」黃敏解釋道。

2020年,在由廢棄廠房改造成的實驗室裏,黃敏、劉振勇帶領一支10多人的研發團隊,把動力電池分成56個模組,開始尋找材料的最優解。

「在防火效能上,我們根據電芯失控後噴發的溫度,用不同組合做實驗,大概試了40—50種材料。」回憶起當年的實驗場景,劉振勇笑道,「56個模組,每天跟點炮似的,你響我響它也響。」

為了控制重量與體積,研發人員從最佳化註膠工藝著手,一再改良材料及其用量,減少填充空間。不是關鍵材料的,能減則減;有重量更輕、體積更小的材料,能換都換。

替換再替換,改進再改進,大家反復嘗試各種材料的組合與配比。歷時一年多,經過不斷最佳化材料構成與比例,研發團隊終於找到了解決方案——在電池包內填充一種特殊有機矽復合材料。

嵐圖電池包——五層安全防護。

「這種材料由有機矽聚合物、低密度隔熱材料和阻燃劑構成,經鉑金催化後形成高效隔熱阻燃絕緣層。」黃敏說,它像透明的琥珀一樣將電芯包裹其中。

試制產品進行安全效能驗證時,現場鴉雀無聲。

大家屏住呼吸,緊盯熱失控系統試驗箱內的動力電池。

50℃、100℃、200℃……箱內溫度急速上升至300℃。

無冒煙、無起火、無爆炸,即使最靠近「爐火」的電芯,監測顯示其溫度也沒有超過70℃。

「成功了!」大家歡呼起來。安全效能高、能量密度大的「琥珀電池」終於問世。

安裝了「琥珀電池」的嵐圖汽車,從中國起步,駛向世界。2022年,馳入北歐;2024年,開進南歐……

「發展新能源汽車是中國從汽車大國邁向汽車強國的必由之路。」展望未來,盧放信心十足地說,「我們將持續發力科研攻關,推出更加安全智能的新能源汽車,為中國制造增添新亮色!」

文中圖片均由嵐圖提供