开放60项专利，1037不起火不爆炸！长城大禹电池处在什么水准？

　　文/腾三毛
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　　传统燃油车时代，汽车的动力技术和专利大多被国外企业所垄断，中国品牌往往处于追赶的角色，难言超越，这也是近40年来国内合资车企能占据市场主流的根本原因。
　　不过在如今赛道更换，中国汽车工业有了新的曙光。
　　如今，无论是动力电池还是氢燃料电池，电化学能源系统的产业化都将是汽车动力百年来的历史性突破。中国电动汽车百人会副理事长、中国科学院院士欧阳明高指出，现在人类正面临着第三次能源革命，从化石能源到可再生能源的转型，这将是一场波澜壮阔的工业革命，而未来5-10年新能源汽车也将迎来井喷式发展。
　　再看新能源汽车技术层面，早早布局的中国车企与国际车企处于同一起跑线，有了弯道超车的可能，中国车企在部分领域甚至有了全球领先的技术，比如新能源汽车核心中的核心——动力电池，站位第一梯队。
　　2020年比亚迪发布的＂刀片电池＂和2021年3月面世的广汽埃安＂弹匣电池＂都在行业内引发轰动，紧接着长城汽车于2021年6月底发布了＂大禹电池＂。
　　▍为什么叫大禹电池？
　　为何叫大禹电池？不叫岳飞电池、黄河电池呢？我要从长城汽车大禹电池的设计原理和思路等方面来进行分析。
　　大禹电池主要设计逻辑是＂变堵为疏＂，这与当年大禹治水的思路完全相同。电池设计中，工程师们改变了传统＂以堵为主＂的电芯控制技术，而是将热失控后产生的气火流按照设计通道安全疏导到电池包外，如此一来，便顺利规避掉了热失控起火和爆炸的问题。
　　大禹电池的创新之处在于，它的核心技术原理与市面上现有的产品路线有很大不同，而是聚焦＂控+导=通＂思路，采用多梯次换流系统、快速极冷抑制系统、多级定向排爆系统、灭火盒系统来从Pack层级保障电池安全。
　　▍解决了哪些痛点？
　　动力电池的核心之一是安全，各厂商为此绞尽了脑汁，费尽了心思。目前行业内主流电池多采用NCM（镍钴锰）三元电芯，大禹电池技术一个最根本的优势是解决了未来主流NCM811高镍电芯的安全性问题。
　　技术层面，大禹电池从电芯、模组、电池系统、整车四层进行匹配，从电芯测试、系统数据、安全设计、虚拟仿真、测试验证五个维度设计理念，实现电池热失控安全防护。
　　关键中的关键，是大禹电池的8项创新设计——热源隔断、双向换流、热流分配、定向排爆、高温绝缘、自动灭火、正压阻氧、智能冷却，在覆盖热源抑制、隔离、冷却、排出等领域数十项核心技术专利的赋能下，大禹电池站上了动力电池新高度。
　　其中研发团队全新开发出的双层复合材料放置在所有电芯之间，既能隔离热源，又耐火焰冲击，有效解决了传统气凝胶不耐冲击的痛点。同样地，模组间也采用高温绝热复合材料，可阻止火焰冲击和长时间传热传导。
　　双向换流和热流分配技术是指在热失控过程中将高温、高压气火流，有效控制热源按预定轨迹流动，减少对相邻模组的热冲击，再通过搭建燃烧模型、热力学与流体力学拟合仿真、冲击强度和压力计算等虚拟技术应用，可实现气火流在不同结构通道内的均匀分布。
　　大禹电池技术最核心的是定向排爆，它是通过分流、导流、换流将火源快速引导至灭火通道并安全排出，该技术目前已攻克了通道内压力和流量均匀化调节的难点，消除了热量集中，使气火流在通道内分层均匀流动。
　　而如果电池管理系统识别到电芯已触发热失控，大禹电池可通过BMS和云端双重监控，确保整车快速开启冷却系统，抑制热扩散，并采用单张大冷板与箱体集成设计方案，有效避免管路因高温泄漏和爆裂问题，并且根据电芯和模组热失控温度状态，智能调节冷却系统的开闭时间、流速、流量等，实现不同热失控条件下、高效冷却策略。
　　大禹电池技术布局数十项完全自主研发的核心专利技术，突破电池本征、PACK设计、BMS 3大维度39个热失控故障节点，保证了在＂大容量高镍电芯＂＂电池包任意位置＂＂加热两个电芯并连续触发热失控＂的情况下，动力电池都能不起火、不爆炸，将电池安全提升到全新高度。
　　另一个层面，大禹电池的安全技术还能解决不同化学体系电芯，发生热失控之后的起火、爆炸问题，这当中包括能量密度可突破190Wh/kg的NCM811三元锂电池，也包括未来随着镍含量提高电池能量密度更高的三元锂电池，还包括三元锂电池体系的NCA（镍钴铝）电芯及无钴电芯等，当然也能覆盖磷酸铁锂电池。
　　不仅如此，大禹电池技术还可以百搭不同PACK的应用技术，满足未来CTC（Cell to Chassis）电池PACK与融合方式，提升整体刚性，最大程度保障动力电池市场的安全，对于行业和用户都有着很大的意义。
　　值得肯定的是，长城汽车大禹电池将为全行业免费开放超60项专利。
　　在长城汽车管理层看来，大禹电池不是一块电池、一块电芯，一个模块化的，是系统性的集成技术，兼容性非常强，可以提升整个行业电池行业的水平。
　　另外，这个技术可以应用到行业内多个车型，不止是纯电动的轿车或者是SUV，可以用到多个领域和车型，对整个行业电池的安全技术水平有提升和促进作用。
　　▍测试结果如何？
　　我们知道，高镍NCM811电芯是行业内公认最具挑战的，也是目前可量产中最活泼、最不稳定的动力电池电芯。
　　针对高镍三元811体系电芯，长城汽车选用了加热触发方式进行测试，电池内部通过加热方式触发热失控后，在温度最高达到1037度、瞬间最高气压约16kPa的情况下，依然能保证不起火、不爆炸的安全性能，并且通过尾部的灭火盒设计，还成功将外溢烟雾的最高温度控制在100℃以下，避免对周围产生二次伤害。
　　除此之外，大禹电池还建了整包级热失控燃烧模型，让气流和火流多维度拟合仿真，填补了行业空白，实现了无实体电池包的条件下，全数字化热失控虚拟仿真。
　　接下来大禹电池要做的是持续拓展热失控仿真维度，提升气流和火流多工况模式拟合仿真精度，对仿真数据进行多层次数据标定，掌握电池安全设计结果，缩短开发周期和风险。
　　写在最后：
　　燃油车时代，安全是长城汽车的一个闪亮的符号，在正在到来新能源汽车时代，长城汽车同样深度布局。大禹电池永不起火、永不爆炸的属性，让人们看到了长城汽车对纯电动汽车的态度和实力。同时，长城汽车免费向全社会开放大禹电池技术专利，以最大范围保障全球用户的安全，深刻诠释了头部企业的社会责任感。未来，属于中国汽车工业的新能源时代才刚刚开启，属于长城汽车的崭新一页已经翻开。