全球首创!让电池不惧高温不怕水,他们做到了

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“电池安全吗?”“天热会不会起火?”“防水性能怎么样?”……

随着新能源汽车进入千家万户,诸如此类的问题时常被消费者提及。

对于地处武汉的岚图汽车科技有限公司(以下简称“岚图”)而言,这样的疑虑更是要经常面对。一到夏季,当地气温高、雨量大,人们既担心高温引起电池故障,又担心汽车泡水后会漏电。

“单体电芯热失控后5分钟,电池不起火,这是国家标准。而我们做到了‘不冒烟’!”日前在接受科技日报记者采访时,岚图动力电池技术负责人刘振勇底气十足地说,“即便浸泡在半米深的水里超过72小时,‘琥珀电池’依然可以正常工作。”

岚图“琥珀电池”,中间包裹圆柱电芯

这份底气的背后,是岚图在全球首创的新能源汽车动力电池三维隔热墙技术。

防“火烧连营”,为电芯构建“安全舱”

电池是新能源汽车的核心部件,也是最容易出现安全隐患的地方。事故撞击、雨水浸泡、老化短路、过充过放等都有可能触发电池内电芯过热失控,诱发安全事故。

“车用动力电池往往由数百乃至数千个电芯组成,这也意味着存在成百上千个热失控风险点。”岚图新能源技术负责人黄敏告诉记者,“如果某个电芯过热引发其他电芯连锁反应,整个电池会急剧升温、过热、起火,甚至发生爆炸。”

要防止电芯连环热失控,阻断“火烧连营”是关键。问题很直接,但在解决方案上,国内外研究机构选择的技术路径各有不同。有的看重电池管理系统,持续升级软硬件改善电池热管理效能;有的专注电池冷却方案,采用顶部与侧面水冷为电芯散热;还有的聚焦电池封装技术,通过改变封装方式实现电池包整体抗压阻燃。

岚图电池包模拟碰撞测试

4年前,当岚图研发团队准备攻克这一难题时,大家的意见并不统一。有人认为重点应该放在隔热阻燃,也有人觉得绝缘散热才是焦点。

“其实大家说的都对。我一直在想,能否找到一种融合方案,一并解决这些问题。”刘振勇告诉记者,一次偶然机会,他看到包裹着昆虫的琥珀,思路顿时有了。

为什么不能像琥珀那样,将电芯封装起来?只要找到合适的材料,隔热、阻燃、绝缘都不是问题。

“就好比用特殊材料搭建出一个个‘安全舱’,将电芯悉数包裹起来。”刘振勇打了个形象的比方,“即使某个电芯出现‘暴躁’情况,也只能老老实实待在自己的舱内。”

技术路线直接明了,实施路径却错综复杂。

并不是将整个电芯一包了事这么简单。裸露在外,连接电路的电芯两极怎么办?研发团队苦苦思索解决方案。

“经过反复探讨,大家形成了‘上隔下散’的共识,就是在电芯顶部及四周铺设隔热阻燃材料,在电芯底部部署快速散热系统。”黄敏介绍道。

不断完善电路设计、再三验证冷却方案、来回替换耐温材料……最终,研发团队首创出三维隔热墙技术——电芯与电芯之间通过“琥珀”包裹隔离,电芯顶部布置耐1000℃高温的隔热阻燃层,电芯底部与高效液冷系统接触。

岚图电池包高温淋水测试

“‘琥珀’为电芯构建‘安全舱’,耐高温隔热阻燃层保护车内人员安全,液冷为极端情况下过热电芯‘降火’。”刘振勇说,即便车辆遭遇事故,造成挤压、燃烧、进水,“琥珀电池”依然能保持安全状态。

选最优材料,让“鱼与熊掌”可兼得

实现三维隔热墙技术的核心是材料,尤其是制造“琥珀”的材料。

研发团队将重心放在了研制这种材料上。

在电芯外包裹材料,就会增加电池的重量与体积,必然造成电池单位质量、单位体积所储存的能量下降,这与动力电池普遍追求的大能量密度存在天然矛盾。

研发初期,因为材料选择的问题,“琥珀电池”的能量密度并不高,车辆的续航能力受限。岚图首席执行官卢放说:“安全与能量一个都不能少,就好比‘鱼与熊掌’要兼得。”

各项性能的平衡,是一项复杂的系统工程。“我们既要考虑防撞、防火、防水与成本,又要考虑重量、体积以及维护保养便利,必须找到‘最大公约数’。”黄敏解释道。

2020年,在由废弃厂房改造成的实验室里,黄敏、刘振勇带领一支10多人的研发团队,把动力电池分成56个模块,开始寻找材料的最优解。

“在防火性能上,我们根据电芯失控后喷发的温度,用不同组合做实验,大概试了40—50种材料。”回忆起当年的实验场景,刘振勇笑道,“56个模块,每天跟点炮似的,你响我响它也响。”

为了控制重量与体积,研发人员从优化注胶工艺着手,一再改良材料及其用量,减少填充空间。不是关键材料的,能减则减;有重量更轻、体积更小的材料,能换都换。

替换再替换,改进再改进,大家反复尝试各种材料的组合与配比。历时一年多,经过不断优化材料构成与比例,研发团队终于找到了解决方案——在电池包内填充一种特殊有机硅复合材料。

岚图电池包——五层安全防护

“这种材料由有机硅聚合物、低密度隔热材料和阻燃剂构成,经铂金催化后形成高效隔热阻燃绝缘层。”黄敏说,它像透明的琥珀一样将电芯包裹其中。

试制产品进行安全性能验证时,现场鸦雀无声。

大家屏住呼吸,紧盯热失控系统试验箱内的动力电池。

50℃、100℃、200℃……箱内温度急速上升至300℃。

无冒烟、无起火、无爆炸,即使最靠近“炉火”的电芯,监测显示其温度也没有超过70℃。

“成功了!”大家欢呼起来。安全性能高、能量密度大的“琥珀电池”终于问世。

安装了“琥珀电池”的岚图汽车,从中国起步,驶向世界。2022年,驰入北欧;2024年,开进南欧……

“发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。”展望未来,卢放信心十足地说,“我们将持续发力科研攻关,推出更加安全智能的新能源汽车,为中国制造增添新亮色!”

责编: 爱集微
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