近年来,随着新能源汽车渗透率不断提高,新能源汽车安全事故呈现递增态势,消费者逐渐从“里程焦虑”转变为“安全焦虑”。动力电池安全问题已成为新能源汽车行业发展的“拦路虎”之一。
在动力电池安全这一课题上,泛亚汽车技术中心拥有一套完善的安全设计理念。经过多年的技术积淀,同时结合市场需求,泛亚从2018年开始陆续将自主开发的电池安全技术导入纯电动车型,比如去年发布的凯迪拉克锐歌LYRIQ,还有今年发布的别克ELECTRA E5和别克ELECTRA E4车型就运用了这套技术。在这套电池安全技术中,电池系统热扩散性能改善技术创新项目获得了“2023年度上汽技术创新奖”二等奖。
“五位一体”设计
泛亚的动力电池安全设计理念被称为“五位一体”设计,即进行电池设计时,有五个核心的安全设计层次,分别是电芯设计、模组设计、电池包设计、电池管理系统设计、功能安全设计。
“我们在电芯设计之初就参与其中,和供应商一起研究‘怎么在材料层面提升我们动力电池的热稳定性’。”电池包集成设计发布经理吉英亮告诉记者。
“我们在新的电芯设计过程中进行了两处改善。第一处是正负极材料的掺杂。掺杂的作用就好比在混凝土中加入石子,我们在电芯的材料中掺杂不同元素,使结构更稳定。第二处是表面改性。表面改性的作用相当于在表面形成一层微观的膜去约束正极,让正极内部的氧气尽可能地不要跑出来,从而增加稳定性。”吉英亮表示,最终选出来的材料比例运用到电芯中,相比市场上主流的材料比例,在热稳定性层面提高了10%。
“此外,我们还在模组设计层面提出了电芯热失控后,在模组内部进行热量传递的五大路径模型。通过对每个路径进行热量的疏或堵,我们成功实现单个电芯热失控后,模组内部无热扩散的现象。”电池架构及新技术主任工程师王起亮表示。
在电池包设计、电池管理系统、功能安全设计方面,泛亚也做出了多项创新,进一步提升电池包的安全性。
集思广益,勇于创新
在电池安全多个方面的设计初步完成之后,泛亚开始对电池进行测试。在反复进行的测试中,团队致力于提升电池包热扩散表现的稳定性,并努力探究影响因素的根源。后来,团队成员发现,在设计过程中,电池模组上方有一块云母板,原本用于保证电池包上方的温度不会很高。但云母板对热扩散有着很大影响,发生事故后,它会导致热扩散的速度加快。
发现问题之后,团队成员集体进行头脑风暴:如何在确保上方温度的同时,不会让云母板反射过多热量,导致热扩散速度加剧?“经过了多次的头脑风暴,我们终于想出了一个办法,那就是把云母板再往下降,降到接近电芯的表面。对于电芯喷出气体,我们设计了一个‘门’,平时是关着的,一旦发生事故,电芯喷出气体后,气体能够冲开这个‘门’,把热量分散开。这样既保护了电芯,又分散了热量。”吉英亮表示。
在项目攻坚的最困难阶段,团队成员始终保持同心协力,迎难而上,充分展现了泛亚工程师们主动担当、奋发拼搏的精神,也推动了行业对于电池安全设计的技术迭代和进步。