圖片來源：蜂巢能源
日前，蜂巢能源在其第三屆電池日上正式對外發(fā)布了“龍鱗甲電池”，該電池系統(tǒng)的一大特點就是電芯防爆閥設(shè)計與傳統(tǒng)設(shè)計相比有了“顛覆式革新”：“龍鱗甲”采用防爆閥置于短刀電芯底部的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計。
現(xiàn)階段，電池企業(yè)普遍習(xí)慣將電芯的防爆閥設(shè)計在頂部。電芯防爆閥在頂部，對于電池包設(shè)計來說，在單個電芯熱失控過程中，就要求防爆閥上方要預(yù)留泄壓通道，將電池?zé)崾Э貒娦刮镆龑?dǎo)到側(cè)面或者底部排除。然而，這一過程中這些高溫噴泄物極易蔓延到相鄰電芯或者電氣單元，進而使得電池包安全隱患增加。
事實上，針對這一問題，國內(nèi)整車企業(yè)已經(jīng)在嘗試改變。上汽集團的魔方電池，就采用了不同于傳統(tǒng)電池包立式電芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計，而是將“電芯躺著放”。躺著放的一大好處就是電芯噴發(fā)口不再向上，改為側(cè)向噴發(fā)到底部托盤結(jié)構(gòu)上，減少蔓延至周邊電芯的風(fēng)險。
蜂巢能源的設(shè)計更為大膽，將龍鱗甲電池使用的短刀電芯防爆閥創(chuàng)新設(shè)計在底部，一旦發(fā)生某個電芯熱失控可快速實現(xiàn)定向泄壓，噴發(fā)物可按指定方向、通過最優(yōu)的通道迅速排出，不會蔓延至周邊電芯。
其實，蜂巢能源在設(shè)計第一代短刀電芯時，就已經(jīng)將防爆閥設(shè)計在了側(cè)面，到了第二代已經(jīng)改至底部，且設(shè)計了2個泄壓閥的位置。
無獨有偶，作為電動汽車和動力電池風(fēng)向標(biāo)的特斯拉，防爆閥設(shè)計也與蜂巢能源不謀而合。特斯拉公布的的Model Y CTC方案，4680電芯的防爆閥設(shè)置在電芯底部，和正極端相反。
電池包要更安全，熱電分離是迭代方向
常規(guī)電芯防爆閥和極耳在同一側(cè)，熱失控泄壓區(qū)與高低壓線路處于同一區(qū)域。一旦一個電芯熱失控，噴發(fā)物容易在泄壓通道堆積，造成高壓短路。因而，要做到電池包真正的不起火甚至不冒煙，熱電分離是發(fā)展趨勢。
防爆閥設(shè)計在電芯底部，也為“熱失控泄壓區(qū)和電源傳送區(qū)獨立創(chuàng)造了可能”，而龍鱗甲電池的設(shè)計師顯然從一開始就系統(tǒng)性地規(guī)劃了這一點。
據(jù)蜂巢能源介紹，當(dāng)前電池、整車企業(yè)基于電池?zé)崾Э氐难芯亢桶踩O(shè)計已經(jīng)非常成熟了，但是電芯一旦熱失控，噴發(fā)出來的氣－液－固混合體非常容易引起熱失控的“二次危害”，其中由“電”造成的二次危害是最嚴(yán)重的，像電弧（擊穿金屬板、燒熔金屬板等）、短路、絕緣失效等，“在這種情況下，本來可以壓制住的熱失控，瞬間就變成無法控制了。”
在安全方面，龍鱗甲電池采用熱電分離的設(shè)計思路，就是將熱失控區(qū)域與電連接區(qū)域分割。底部泄壓閥與兩側(cè)極柱完全物理隔離，電芯的泄壓物與電氣連接空間完全絕緣，杜絕了“熱失控”后導(dǎo)致的“電”的危害，這與傳統(tǒng)的電池包安全防護，是質(zhì)的迭代與提升。
從目前業(yè)界各企業(yè)發(fā)布情況來看，蜂巢能源也是“第一個吃螃蟹的人”，率先在業(yè)內(nèi)大膽進行熱電分離的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
當(dāng)然，作為風(fēng)向標(biāo)的特斯拉，實際上也已經(jīng)在熱電分離上有所跡象。特斯拉4680電芯防爆閥設(shè)計在電芯底部，在集成時只需做好底部泄放空間的引導(dǎo)和固定即可，在電芯正極端完成電連接，它的熱、電空間分別是底部和頂部。
“龍鱗甲電池”的安全設(shè)計并不止如此。龍鱗甲電池采用上下大面水冷板，電芯大面積和冷卻板接觸，這樣的設(shè)計能夠讓冷卻板迅速帶走電芯的熱量，水冷后幾乎沒有溫度異常區(qū)域。實物測試大電流充電800V超級快充下，電芯溫度一致性非常好，換熱能力提升70%。既可提升非充電場景下電池包的安全，也可顯著提升電動汽車在快充場景的安全性。
可以看出，由電芯底部出防爆閥到熱電分離實際上是正向系統(tǒng)研發(fā)的結(jié)果，是一脈相承的。敢于大膽創(chuàng)新，并率先“吃螃蟹”，無論是蜂巢能源，還是特斯拉，都是源于對整車和電池有著極深的理解和研發(fā)能力，而這種基于整車和電池系統(tǒng)更高安全層級出發(fā)的電池系統(tǒng)，或許也是為何蜂巢要將其名稱定位“龍鱗甲電池”的原因。
安全底座之上的一體化突破
在安全設(shè)計上，龍鱗甲擺脫傳統(tǒng)設(shè)計思維，從電池安全內(nèi)核思考，進行顛覆式思維，使得其從本質(zhì)上實現(xiàn)了更高安全層級。在安全之外，蜂巢能源基于整車視角，龍鱗甲在續(xù)航、成本、快充等維度也實現(xiàn)了質(zhì)變。
例如，原本電芯和電池包底部之間一般預(yù)留有空間，以防止底部碰撞時損傷電池。底出防爆閥設(shè)計將兩部分空間合二為一，可提升電池包體積利用率；另外，得益于底部泄壓，“龍鱗甲”取消了中央排氣通道設(shè)計，進一步為電芯騰下了空間；第三，從系統(tǒng)來看，龍鱗甲電池包上蓋、水冷板、車身地板三件合一，龍鱗甲電池的高效集成，可擴展CTC/CTB，具備很高的兼容性，而高效集成，在減少材料和重量的同時，可顯著提升集成效率，增加電池包的體積利用率和能量密度，降低成本、提升裝配效率，極大擴展了整車?yán)m(xù)航可能。
蜂巢能源透露，采用磷酸鐵鋰電芯的龍鱗甲電池系統(tǒng)體積成組效率大幅提升至76%，同等電池包下，續(xù)航超過800公里；采用高錳鐵鎳電芯超過900公里；采用高鎳三元電芯續(xù)航則超過1000公里……刷新業(yè)內(nèi)紀(jì)錄，實現(xiàn)極致續(xù)航。
成本方面，通過系統(tǒng)集成化的優(yōu)勢，龍鱗甲電池減少了20%的結(jié)構(gòu)件，為電池包減重10-20公斤。結(jié)構(gòu)件的減少和減重，可直接降低物料成本，并提升生產(chǎn)效率。
據(jù)悉，龍鱗甲電池可以覆蓋全部300mm-600mm各尺寸電芯，兼容各種化學(xué)體系，車型可覆蓋A00-C級車全系列車型，可以大幅縮短車企的車型研發(fā)周期和降低研發(fā)成本。
在快充方面，得益于納米網(wǎng)硅負(fù)極技術(shù)，在高安全和長續(xù)航之外，龍鱗甲電池還能夠在匹配三元電池同時支持4C快充。
基于第二代短刀電芯的底出防爆閥設(shè)計、熱電分離技術(shù)、雙面冷卻設(shè)計等一系列創(chuàng)新，蜂巢能源針對用戶核心痛點，并前瞻性研判電動汽車技術(shù)趨勢推出的龍鱗甲電池，有望實現(xiàn)動力電池系統(tǒng)的極致安全、極致續(xù)航、極致性能、極致成本、極致兼容。
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