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目前三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池是兩大主流技術路線,兩者各有優劣。三元鋰電池具備能量密度高、低溫效能好、倍率特性好的特點,但由於電化學活性高,相較於磷酸鐵鋰電池有著更高的安全防護及熱管理要求,想要在高效能和高安全上達到平衡,對電池技術和研發有著極大挑戰,也是行業公認痛點,此前三元鋰電池始終無法攻克“不冒煙”難題。

日前,嵐圖FREE通過了中汽中心動力電池安全檢測,在電池包熱失控觸發併發出熱事件報警訊號後,電池“不冒煙、不起火、不爆炸”,也是目前為止國內首個拿到“不冒煙”成績的三元鋰電池,此款電池包已進入量產階段,嵐圖FREE純電版將首發搭載,並於今年第三季度上市交付。

嵐圖FREE三元鋰電池技術亮點‍

嵐圖FREE電池具有三大優勢:行業首創“三維隔熱牆”技術、BMS獨創電池安全監測和預警模型、高安全電池PACK方案。

嵐圖三元鋰電池整包熱失控試驗‍

在中汽研按照新國標要求進行的熱擴散試驗中,嵐圖FREE採用的電池包在100% SoC狀態下、正常工作溫度下開始測試,電池包內被隨機選擇的某電芯單體,透過加熱裝置加熱到300℃,至發生熱失控。

試驗觸發熱失控後5分鐘,嵐圖FREE的電池包系統未出現冒煙、起火、爆炸現象(國標要求:5分鐘不起火);試驗過程中,電芯單體達到的最高溫度約300℃,並在10分鐘後降至50℃;整個電池包外殼完整,拆開外殼後,僅試驗電芯受損,周圍電芯未受到波及;試驗後的電池包被靜置觀察50天后仍維持“不冒煙、不起火、不爆炸”狀態。

三維隔熱牆技術

三維隔熱牆的技術原理:在電池包內使用超強高分子隔熱阻燃材料(一般隔熱材料仍會在觸發熱失控後致電池包冒煙或起火,三維隔熱牆技術可做到無熱擴散現象發生),對每個電芯實現單獨的全方位三維立體包裹。三維隔熱牆在電芯與電芯之間,形成高效的隔熱阻燃防護層,每個電芯均處於隔熱阻燃材料的充分包裹中,形如“琥珀”。

即便某個電芯單體發生熱失控,三維隔熱牆可以確保其釋放的能量最小化,避免波及到周圍其他電芯,進而防止電池包系統發生熱失控。在電芯頂部,還額外佈置有耐超過1000℃高溫的隔熱阻燃層,對乘員艙安全嚴加防護。為實現該技術,嵐圖攻克了三維隔熱層間隙填充不充分、填充氣泡等工藝難題,採用獨特的模組開孔方案,最終在幾千顆電芯間達到均勻填充。整個熱擴充套件效能研發週期長達一年,嘗試國內外十餘種先進的隔熱阻燃材料。

這一安全設計為了實現的目標是電池在熱失控觸發之後,不冒煙不起火。目前新國標要求是:電池單體發生熱失控後,電池系統在5分鐘內不起火不爆炸,為乘員預留安全逃生時間。嵐圖更進一步超越國標做到“不冒煙、不起火、不爆炸”,實現靜置50天依舊保持“三不”狀態,成功重新整理了行業安全紀錄。

BMS雲端衛士獨創電池安全監測和預警模型

除了硬體,嵐圖在軟體層面上也突破傳統,基於BMS雲端衛士進行大資料分析和追蹤,實現 “千車千面”。

電池包在原有溫度電壓預警基礎上,搭建了精確的電池安全監測和預警大資料模型,基於不同使用場景(例如平原與山區、南北方溫度和溼度、高低海拔晝夜溫差等),追蹤每一臺車、每一塊電池的使用資料。

系統透過雲端大資料庫與監測資料的對比,對電池進行診斷、預警和壽命監測等,當系統發現電池監測資料出現異常時,透過雲端APP推送及車輛的預警系統,對使用者提前預警。

同時系統透過高靈敏度溫度探測感測器,實時監測每一個電池的溫度,藉助高效液冷系統,無論冬夏始終保障電池包在高效率溫度區間。

高安全電池PACK方案

在被動安全防護上,嵐圖採用了高安全電池PACK方案——定製化開發車身防護、高強框架、壓力傳遞、形變吸能和電池雙保險共五大電池安全結構設計。

車身防護:由於汽車的前後部都有足夠的緩衝吸能空間,對於電池系統而言,側面通常是面臨威脅最大的方向。嵐圖FREE車型的B柱結構,採用了TRB工藝的1500Mpa超高強度鋼材;在車門門檻位置,用了雙層結構的1500MPa超高強度熱成型鋼;前後車門內部,還有行業最高等級的2000MPa熱成型鋼製成車門防撞梁,是嵐圖FREE對電池系統的第一層防護。

高強框架:在高強度車身的內部,電池包外殼採用高強鋁合金框架、帶多條加強筋的特殊設計,讓整個電池包結構更強、更耐撞擊。在嵐圖的安全測試中,電池包可以抵禦高達20噸力的擠壓而不發生安全事件。高強度耐衝擊的電池包外殼,是嵐圖FREE對電池系統的第二層防護。

壓力傳遞:電池包系統的防護設計不止步於外殼。在電池包內部,嵐圖設計了多條橫縱加強梁,透過橫亙整個電池包的橫縱交織立體結構,將來自外界的碰撞能量充分地分解與吸收,保護內部電芯免遭碰撞力的傷害。這是嵐圖FREE對電池系統的第三層防護。

形變吸能:假設遭受到罕見的、過於猛烈的撞擊,無法完全避免電池包遭受碰撞壓力,嵐圖還對電池包預設了形變吸能空間,留有超過30mm的形變空間,在電池包受撞擊變形時,保護其中電芯免遭損傷。

電池雙保險:帶有鋁合金殼體的圓柱電芯,雙極均設定有防爆閥,當撞擊侵入電池包造成高壓回路短路時,電池雙極雙保險開啟,確保電池不起火、不爆炸。電池包形變設計和電芯雙極雙保險,是嵐圖FREE電池系統的第四層和第五層防護。

擁有定製化的多達5層電池包防護,嵐圖FREE在C-NCAP整車側面撞擊測試中,以歐洲標準的斜側75°角、32km/h進行柱碰實驗,橫樑僅發生小程度潰縮,電池模組沒有受到絲毫擠壓變形。嵐圖的高安全電池包方案,順利經受住了整車碰撞測試的考驗。

百餘項超國標嚴苛測試‍

嵐圖採用高於同級別車型的嚴苛測試標準,國際上電動汽車電池安全測試標準共計20餘大項,嵐圖汽車在此基礎上增加超60大項,透過80大項150小項的極端嚴苛測試模擬使用者用車場景。

國標測試專案多為簡單的單一應力測試——比如火燒,比如水浸,環境耐久測試、機械耐久測試等。但在使用者的真實使用場景中,電池系統可能同時承受多重應力的疊加作用。基於保護使用者安全的真實需要,嵐圖選擇了增加數十項超國標的嚴苛疊加測試組,以檢驗電池系統的真正實力。

例如對同一塊電池包,連續進行高低溫儲存、極限溫度衝擊、等效45萬公里帶載振動、六向機械衝擊、絕緣耐壓、泡水等多項極端測試。嵐圖自己的“常規”測試中,有在高低溫環境溼熱迴圈及帶載下,同時實施振動衝擊;有在鹽霧環境恆定溼熱下,同時開啟溼熱環境迴圈充放電;有在粉塵環境下,同時進入溼熱狀態,再同時進行擠壓測試絕緣檢測。

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