上汽捷能葛海龍：上汽魔方電池安全“探秘”
【電池中國網 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：構建鋰電發展新生態”，峰會由宏工科技總冠名，中國化學與物理電源行業協會、電池中國網主辦，明冠鋰膜、東方證券聯合主辦，動力電池應用分會、壹能(北京)網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合承辦。
圖為上汽捷能高級總監葛海龍發表演講
上汽捷能高級總監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，發表了題為“上汽魔方電池的安全設計開發”的主題演講。
據介紹，上汽集團從2009年就開始做電動汽車，開發的第一款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展階段，之前傳統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?！?/p>
葛海龍介紹稱，魔方電池平臺開發經歷了電芯到模組，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，在量產的方形電池層面，魔方電池系統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，目前魔方電池系統可以覆蓋400km~800km不同車型的續駛里程需求。據葛海龍透露，目前上汽正在開發續航超過1000km超長續航的“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開發相關的產品，“項目已經進入試樣階段，明年6月就能量產，可以做到充電5分鐘，滿足200km續航?！?/p>
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、靜置停放下發生自燃的概率比較高，表明電池在使用過程中產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、整車現在對電池設計了比較好的主動冷卻系統，高溫和常溫環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展?！?/p>
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，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，從主動到被動，從隔離到疏導?！?/p>
在葛海龍看來，整個電池行業安全方面，最難的應該是全化學體系都能實現零熱失控，上汽魔方電池已經做到了這一點，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勢，可以實現在單包多個不同的位置同時進行針刺，也不會發生熱失控。
在被動安全層面，魔方系統基于不同層級從材料、電芯、系統等各層級進行了復雜設計，如針對特定特性的電芯，開發特殊的隔熱和防火防護材料，再通過系統集成，以達到其設定的安全標準電池系統，“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?！?/p>
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據庫。
在電芯層面，通過電芯的測試，包括物理模型的推導，形成電芯的產熱模型熱失控的邊界和熱失控過程中它的一些參數和閾值。
在系統層面，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一個仿真性能和整包測試的閉環。
葛海龍表示，可以看出整個體系就是這樣一個雙環驅動，同時在這個過程中不斷地積累數據，最后實現一個完全閉環和不斷迭代，“有了這樣的一個流程，我們整個開發周期可以大幅縮短，同時我們安全可以做到非常高的水平?！?/p>
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