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有驚無險 聊比亞迪刀片電池針刺實驗

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  [汽車之家 技術]  即將應用在比亞迪漢車型上的刀片型磷酸鐵鋰電池(下稱“刀片電池”),通過無模組電池成組方式,提升了電池包的整體能量密度,進一步延長了車輛續航里程,在續航里程上追近了采用三元鋰離子電池的主流車型。加上目前基于磷酸鐵鋰電池的刀片電池在安全性和抗容量衰減特性上相比三元鋰離子電池更有優勢,使其重新獲得乘用車消費者的關注。最近比亞迪電池實驗室對刀片電池進行了嚴酷的針刺試驗,作為對比,現場也對普通磷酸鐵鋰和三元鋰離子電池樣品進行了同樣的試驗。下面就讓我們來看看這三種電池被鋼針刺穿后會發生什么?

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● 熱失控與針刺試驗

  雖然美國國家公路交通安全管理局研究認為,電動汽車起火概率要低于柴油和汽油發動機車輛,我國消防應急管理部門也表達了類似觀點,但每每出現純電動車自燃的新聞時卻總是能博取到人們的關注。根據新能源汽車國家大數據聯盟數據顯示,去年5月以來出現事故的車輛,以2018年生產的車為主。其中,事故車輛86%為三元鋰離子電池,7%為磷酸鐵鋰電池,7%不確定。而與電池相關的自燃事故大多與電芯熱失控密切相關。

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  那么什么是熱失控呢?電池的熱失控是指電池內部化學反應的產熱速率遠高于散熱速率,大量熱量在電池內部積累導致電池溫度急速上升,最終引起電池起火或爆炸。

比亞迪 漢 2020款 EV 基本型

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  最新的強制性國標相較于2015版本有明顯的變化,除了對2015版國標的已有項目進行修訂外,還取消了模組級別安全試驗、電芯針刺試驗、電芯跌落試驗、電芯低氣壓試驗、電芯海水浸泡試驗、電池包跌落試驗以及電池包翻轉試驗,增加了電池包的熱擴散試驗和過流保護試驗。在執行層面,由于新國標尚未正式推行,目前企業可以選擇性執行新國標規定的過充和熱擴散試驗,2015版國標強制要求的針刺試驗現在也作為可選項目由企業選擇性執行

● 試驗樣品有哪些?

  此次針刺試驗除了有比亞迪最新的刀片電池外,作為對比,我們也找來普通磷酸鐵鋰電池、NCM622三元鋰離子電池(正極材料中的鎳鈷錳三種成分的比例為6:2:2)進行試驗。我們要看看這三種電池在嚴酷的針刺試驗下,都有怎樣的表現。

比亞迪 漢 2020款 EV 基本型

  此次針刺試驗的電池樣品都是比亞迪生產的車用動力電池電芯,電芯單體容量都在100Ah以上。從上圖可以看出,普通磷酸鐵鋰電池和NCM622三元鋰離子電池在外形和結構設計上沒有太大的區別;刀片電池則與上述兩者區別明顯,其正負極分別布置在電池長度方向的兩端。

● 刀片電池是什么黑科技?

  既然今天針刺試驗的主角是刀片電池,首先我們就要對它有個大致的了解,到底比亞迪的刀片電池是一樣怎么樣的東西?它在技術上有怎樣的先進性呢?下面我就來給大家科普一下。

比亞迪 漢 2020款 EV 基本型

  根據此前公布的消息,漢純電動版車型將會搭載重量為549kg、容量為77kWh的電池包。按照刀片電池單體參數來簡單推算一下,該電池包內將集成超過200個刀片電池單體。

比亞迪 漢 2020款 EV 基本型

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  比亞迪通過CTP設計把電池包殼體內部的空間利用率由傳統設計方式的40-50%提升至60-80%。設計的更新換代帶來的直接好處就是在采用原有磷酸鐵鋰電池技術的前提下較大地提升純電動車的續航里程。上面對刀片電池進行了簡單的科普,更詳細的技術解析可參看下面這篇文章的相關介紹。

● 針刺實驗是怎么做的?

  按照GB/T 31485-2015的針刺試驗方法,將電池充滿電,用直徑為5-8mm的耐高溫鋼針(此次試驗采用5mm直徑的鋼針),以(25±5)mm/s的速度,從垂直于電池極板的方向貫穿,貫穿位置宜靠近所刺面的幾何中心,鋼針停留在電池中,觀察1小時,不起火、不爆炸才算合格。

比亞迪 漢 2020款 EV 基本型

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  單個電池熱失控時,其外殼溫度越高,電池間的熱擴散會越迅速,這意味著臨近的電池也會更快地升溫而相繼觸發熱失控,導致電池包的安全系數下降。實驗中的雞蛋如果很快地被煎熟,說明電池在受到針刺時出現明顯的熱失控導致電池溫度急劇上升。

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