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，第七屆動力電池應用國際峰會(CBIS2022)在中國上海拉開帷幕，本屆峰會主題為“綠色低碳：構建鋰電發(fā)展新生態(tài)”，峰會由宏工科技總冠名，中國化學與物理電源行業(yè)協(xié)會、電池中國網(wǎng)主辦，明冠鋰膜、東方證券聯(lián)合主辦，動力電池應用分會、壹能(北京)網(wǎng)絡科技有限公司承辦，無錫先導智能、申能東方能源研究院聯(lián)合承辦。
圖為上汽捷能高級總監(jiān)葛海龍發(fā)表演講
上汽捷能高級總監(jiān)葛海龍在光大激光冠名的“新能源汽車的全球供應鏈變革”主題論壇上，發(fā)表了題為“上汽魔方電池的安全設計開發(fā)”的主題演講。
據(jù)介紹，上汽集團從2009年就開始做電動汽車，開發(fā)的第一款A00級電車搭載的是磷酸鐵鋰電芯，帶電量大概在20度左右，彼時續(xù)航里程約為200公里。葛海龍表示，大約從2018年開始，電動汽車進入高速發(fā)展階段，之前傳統(tǒng)主機廠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，電動汽車專屬平臺——魔方電池平臺就在上汽誕生了，“專屬平臺覆蓋了A級車到C級車，車型涵蓋轎車、SUV、MPV，對電池電量也更加趨于多元化。”
葛海龍介紹稱，魔方電池平臺開發(fā)經(jīng)歷了電芯到模組，再到CTP，再到深度的CTB技術集成迭代，整個迭代過程轉化效率越來越高，“截至目前為止，在量產(chǎn)的方形電池層面，魔方電池系統(tǒng)的集成效率應該是做得最好的?！?/p>
基于專屬的電動汽車平臺，目前魔方電池系統(tǒng)可以覆蓋400km~800km不同車型的續(xù)駛里程需求。據(jù)葛海龍透露，目前上汽正在開發(fā)續(xù)航超過1000km超長續(xù)航的“金標電池”，同時因800V和快充技術受到關注，公司也在基于魔方電池系統(tǒng)開發(fā)相關的產(chǎn)品，“項目已經(jīng)進入試樣階段，明年6月就能量產(chǎn)，可以做到充電5分鐘，滿足200km續(xù)航。”
葛海龍指出，隨著電動汽車保有量的增大，電池安全或者自燃事件頻率也越來越高，影響越來越大，綜合對多起安全事件進行分析，得出如下幾個結論：
第一、磷酸鐵鋰電池相關車型安全風險也同樣不可忽視，電芯材料的相對安全并不代表電池包安全或整車安全，不能畫等號。
第二、靜置停放下發(fā)生自燃的概率比較高，表明電池在使用過程中產(chǎn)能的損傷是從量變到質變的過程，單次使用不當或濫用，不一定會立刻對電池造車嚴重損傷。
第三、整車現(xiàn)在對電池設計了比較好的主動冷卻系統(tǒng)，高溫和常溫環(huán)境下電池安全并沒有很大差別。
葛海龍表示，因為電池安全非常重要，因而各個國家都制定了相關的安全標準。從橫向看，美國的標準是目前最嚴格的，包括它要求實驗室溫度為55度，且電量要求100%的SOC，1個小時不起火。目前中國的國標要求5分鐘，但預計很快會提升至30分鐘，“整個標準是向著一個越來越嚴的方向在發(fā)展。”
葛海龍指出，單顆電芯的安全不代表整個電池包的安全，電芯安全只是第一步，在電池包和整車設計時，還需要考慮各種應用環(huán)境和工況，采取一些主動防護。
葛海龍還強調，除了電芯安全、主動防護外，還要保證整個電池包不會進入一種失控的狀態(tài)，也就需要加入被動安全，“整個電池的安全是一個全面的考慮，從電芯到系統(tǒng)，從主動到被動，從隔離到疏導。”
在葛海龍看來，整個電池行業(yè)安全方面，最難的應該是全化學體系都能實現(xiàn)零熱失控，上汽魔方電池已經(jīng)做到了這一點，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。同時躺式布置，電芯的防護閥是朝向兩側的，能夠天然降低整個安全的傷害。
葛海龍表示，經(jīng)過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，魔方電池因為整個架構上有先天性的優(yōu)勢，可以實現(xiàn)在單包多個不同的位置同時進行針刺，也不會發(fā)生熱失控。
在被動安全層面，魔方系統(tǒng)基于不同層級從材料、電芯、系統(tǒng)等各層級進行了復雜設計，如針對特定特性的電芯，開發(fā)特殊的隔熱和防火防護材料，再通過系統(tǒng)集成，以達到其設定的安全標準電池系統(tǒng)，“在每一個層級我們通過設計到仿真，再到測試，不斷地修正完善迭代。”
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，通過和大部分供應商合作，開發(fā)一些DOE實驗來篩選不同特性的材料所具備的性能，最后建立了一個豐富的數(shù)據(jù)庫。
在電芯層面，通過電芯的測試，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程中它的一些參數(shù)和閾值。
在系統(tǒng)層面，就是要包括從機械、熱、電，以及氣整個方面的結構防護，同時在設計過程中以這種失效分析模式為驅動，最后在整包級別實現(xiàn)一個仿真性能和整包測試的閉環(huán)。
葛海龍表示，可以看出整個體系就是這樣一個雙環(huán)驅動，同時在這個過程中不斷地積累數(shù)據(jù)，最后實現(xiàn)一個完全閉環(huán)和不斷迭代，“有了這樣的一個流程，我們整個開發(fā)周期可以大幅縮短，同時我們安全可以做到非常高的水平?！?/p>
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