[汽車之家 技術(shù)] 即將應(yīng)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(guò)無(wú)模組電池成組方式，提升了電池包的整體能量密度，進(jìn)一步延長(zhǎng)了車輛續(xù)航里程，在續(xù)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(yōu)勢(shì)，使其重新獲得乘用車消費(fèi)者的關(guān)注。最近比亞迪電池實(shí)驗(yàn)室對(duì)刀片電池進(jìn)行了嚴(yán)酷的針刺試驗(yàn)，作為對(duì)比，現(xiàn)場(chǎng)也對(duì)普通磷酸鐵鋰和三元鋰離子電池樣品進(jìn)行了同樣的試驗(yàn)。下面就讓我們來(lái)看看這三種電池被鋼針刺穿后會(huì)發(fā)生什么？
● 熱失控與針刺試驗(yàn)
雖然美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局研究認(rèn)為，電動(dòng)汽車起火概率要低于柴油和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛，我國(guó)消防應(yīng)急管理部門也表達(dá)了類似觀點(diǎn)，但每每出現(xiàn)純電動(dòng)車自燃的新聞時(shí)卻總是能博取到人們的關(guān)注。根據(jù)新能源汽車國(guó)家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示，去年5月以來(lái)出現(xiàn)事故的車輛，以2018年生產(chǎn)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(guān)的自燃事故大多與電芯熱失控密切相關(guān)。
那么什么是熱失控呢？電池的熱失控是指電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)熱速率遠(yuǎn)高于散熱速率，大量熱量在電池內(nèi)部積累導(dǎo)致電池溫度急速上升，最終引起電池起火或爆炸。
最新的強(qiáng)制性國(guó)標(biāo)相較于2015版本有明顯的變化，除了對(duì)2015版國(guó)標(biāo)的已有項(xiàng)目進(jìn)行修訂外，還取消了模組級(jí)別安全試驗(yàn)、電芯針刺試驗(yàn)、電芯跌落試驗(yàn)、電芯低氣壓試驗(yàn)、電芯海水浸泡試驗(yàn)、電池包跌落試驗(yàn)以及電池包翻轉(zhuǎn)試驗(yàn)，增加了電池包的熱擴(kuò)散試驗(yàn)和過(guò)流保護(hù)試驗(yàn)。在執(zhí)行層面，由于新國(guó)標(biāo)尚未正式推行，目前企業(yè)可以選擇性執(zhí)行新國(guó)標(biāo)規(guī)定的過(guò)充和熱擴(kuò)散試驗(yàn)，2015版國(guó)標(biāo)強(qiáng)制要求的針刺試驗(yàn)現(xiàn)在也作為可選項(xiàng)目由企業(yè)選擇性執(zhí)行。
● 試驗(yàn)樣品有哪些？
此次針刺試驗(yàn)除了有比亞迪最新的刀片電池外，作為對(duì)比，我們也找來(lái)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(jìn)行試驗(yàn)。我們要看看這三種電池在嚴(yán)酷的針刺試驗(yàn)下，都有怎樣的表現(xiàn)。
此次針刺試驗(yàn)的電池樣品都是比亞迪生產(chǎn)的車用動(dòng)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上沒(méi)有太大的區(qū)別；刀片電池則與上述兩者區(qū)別明顯，其正負(fù)極分別布置在電池長(zhǎng)度方向的兩端。
● 刀片電池是什么黑科技？
既然今天針刺試驗(yàn)的主角是刀片電池，首先我們就要對(duì)它有個(gè)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(shù)上有怎樣的先進(jìn)性呢？下面我就來(lái)給大家科普一下。
根據(jù)此前公布的消息，漢純電動(dòng)版車型將會(huì)搭載重量為549kg、容量為77kWh的電池包。按照刀片電池單體參數(shù)來(lái)簡(jiǎn)單推算一下，該電池包內(nèi)將集成超過(guò)200個(gè)刀片電池單體。
比亞迪通過(guò)CTP設(shè)計(jì)把電池包殼體內(nèi)部的空間利用率由傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式的40-50%提升至60-80%。設(shè)計(jì)的更新?lián)Q代帶來(lái)的直接好處就是在采用原有磷酸鐵鋰電池技術(shù)的前提下較大地提升純電動(dòng)車的續(xù)航里程。上面對(duì)刀片電池進(jìn)行了簡(jiǎn)單的科普，更詳細(xì)的技術(shù)解析可參看下面這篇文章的相關(guān)介紹。
● 針刺實(shí)驗(yàn)是怎么做的？
按照GB/T 31485-2015的針刺試驗(yàn)方法，將電池充滿電，用直徑為5-8mm的耐高溫鋼針（此次試驗(yàn)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(shí)，不起火、不爆炸才算合格。
單個(gè)電池?zé)崾Э貢r(shí)，其外殼溫度越高，電池間的熱擴(kuò)散會(huì)越迅速，這意味著臨近的電池也會(huì)更快地升溫而相繼觸發(fā)熱失控，導(dǎo)致電池包的安全系數(shù)下降。實(shí)驗(yàn)中的雞蛋如果很快地被煎熟，說(shuō)明電池在受到針刺時(shí)出現(xiàn)明顯的熱失控導(dǎo)致電池溫度急劇上升。
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