解析长城汽车“大禹电池技术”
文章来源：汽车动力总成
发布时间：2021-10-18
“大禹电池“有8大全新设计理念——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，目前已获得数十项核心技术专利。
一直以来，电池的安全问题与续航里程都无法取得平衡，想要安全、稳定，磷酸铁锂电池可以符合，但其在续航里程方面却又捉襟见肘，想要超高的续航里程，高镍三元锂电池可以符合，但其在安全、稳定方面却又不理想，所以，研发一款同时兼顾安全稳定与高续航里程的电池一直是各大车企重要的方向。
9月24日，长城汽车举办大禹电池技术品鉴会，以“大禹治水，变堵为疏”为原理，推出的大禹电池技术，自研的大禹电池技术采用热源隔断、双向换流、热流分配、定向排爆、高温绝缘等多项技术，核心优势是可实现“电芯化学体系全覆盖”、“任意位置电芯” 、“单个或多个电芯”触发热失控的情况下都能实现不起火、不爆炸，将电池安全提升到了全新高度。
“大禹电池“有8大全新设计理念——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，目前已获得数十项核心技术专利。
其实大禹电池不单单是一件电池产品，而是一套完善的电池体系，皆为解决动力电池的热失控问题。为什么叫大禹电池？因为大禹是上古治水的英雄，他治理洪灾造福百姓的传奇故事人尽皆知。而大禹治洪的方法是“堵不如疏”，即治理洪水的最好办法不是将其堵死，而是想办法疏导它，这和大禹电池技术对动力电池热失控的解决方法路线不谋而合。
电芯隔断：电芯间采用全新开发的双层复合材料，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。同时结合不同化学体系电芯循环膨胀特性不同，设计双层复合材料，既可有效解决电芯膨胀对空间的需求，又能隔离热源。
模组防护：模组间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。防护罩设计定向排爆出口，能快速将模组内部高温气火流排出，避免模组内部热蔓延。
双向换流：热失控过程中会产生大量高温、高压气火流，通过对多种类换流通道设计方案仿真模拟，实现换流强度和比例的精准化设计，有效控制热源按预定轨迹流动，减少对相邻模组的热冲击，避免再次引燃。
热流分配：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。
定向排爆：这是大禹电池最核心的技术，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。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。
自动灭火：在定向排爆出口设置多层不对称蜂窝状结构，实现火焰快速抑制和冷却，并通过多点化、均布化、小型化设计，有效减小体积、降低重量，提升降温效果。
正压阻氧：根据蜂窝孔径及单位气体质量流量，保持包内压力始终高于包外，避免因氧气进入导致二次燃烧。
高温绝缘：为消除热失控过程中的高温对铜排线束造成绝缘损伤，防止高压起弧损伤金属箱体，对高压连接及高压安全区域进行高温绝缘防护设计。
智能冷却：当电池管理系统识别到电芯已触发热失控，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。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。
具体来看大禹电池的设计理念，我们可以看到这是一款集热源隔断、双向换流、热流分配、定向排爆、高温绝缘、自动灭火、正压阻氧、智能冷切等8个设计理念于一身的动力电池技术。在采用全新开发的双层复合材料的电芯以及采用高温绝热复合材料模组的模组的双重防护下，大禹电池技术实现了对热源的高效隔断。此外，智能冷切的设计理念，可以使得在电池管理系统识别到电芯触发热失控的时候，通过BMS和云端双重监控，确保整台车能够及时开启冷切系统，并有效抑制热流的扩散。在长城看来，未来几年三元/无钴电池与铁锂电池将并存发展，并辅以一定的掺硅补锂技术；但超长续航和高动力的性能端车型，仍将以高镍三元电池为主。
在此前的长城科技节，长城方已经在 GB 38031-2020 《电动汽车用动力蓄电池安全要求》测试标准下，对搭载大禹电池技术的 811 电池进行了加热模拟试验。测试过程中，连续发生了三次多个电芯集聚触发热失控，温度最高达到 1037℃，电池包内气压达到三次高峰，瞬间最高气压约 16kPa。从测试视频结果可以看出，在发生热失控蔓延时，八项理念技术一直在对电池整包进行热流均匀分配和灭火降温，最终热失控在 30 秒内得以控制，过程中电池包外部没有发生起火或爆炸现象，与长城宣传相符。同时，得益于八项热失控理念的疏导，最终外溢烟雾的最高温度被控制在 100℃ 以下，没有对电池包周围产生二次伤害。
为了提高大禹电池技术在仿真分析中的效率和真实性，长城汽车开创性地为大禹电池构建了整包级的热失控燃烧模型。因此也实现了对气流和火流的多维度拟合仿真，不仅填补了行业空白，同时也颠覆了以往热失控领域先开发再测试的传统方式，进而实现了在没有实体电池包的情况下，也能进行全数字化的热失控虚拟仿真的效果。
除此之外，再来聊聊大禹电池的应用，长城汽车将于 2022 年全系车型应用大禹电池技术，其中首搭项目为沙龙品牌第一款车型，目前已完成数据设计，12 月开展全面测试，2022 年 6 月上市。同时，长城将把大禹电池技术的数十项专利陆续向全社会免费开放，促进电池安全方向的发展。到 2023 年，长城的全球研发人员达到3万人。
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