在2020年出臺的國標規(guī)定的5分鐘逃逸時間之上,每一家主機廠都有不同的技術要求,比五分鐘要更長,可能是半個小時或者一個小時,要求非常高。
行業(yè)內卷之下,NP(無熱擴散)已成為共識的底線標準。
寧德時代首席科學家吳凱曾提出,就安全角度而言,動力電池無熱擴散是一個重要的技術發(fā)展方向。他提及,根據寧德時代進行的客戶調研,超過86%的整車廠都對后續(xù)產品提出了無熱擴散的要求。
透過近期的兩大展會——上海車展和CIBF,我們發(fā)現,主機廠、動力電池企業(yè)、隔熱防火材料企業(yè)等應對CTP/CTC電池包的熱擴散防護方案目前以全方位的復合方案為主,達到基本的NP,乃至NP 2.0。
堵:陶瓷化硅泡棉、氣凝膠
起到“堵”的作用的一般是被動熱管理系統(tǒng)中的防火隔熱材料。
隨電芯和電池包結構的不同,電芯之間、電池上蓋的隔熱材料目前主要有云母板、氣凝膠、有機硅泡棉、以及一些復合材料等。
在彈匣2.0中,廣汽埃安與中國航天合作,開發(fā)了隔熱和相變吸熱雙重功能的熱管理材料,相變潛熱相對常規(guī)材料提升10倍。在集成封裝上,通過形成隔熱-相變-隔熱復合隔熱技術,整體隔熱性能提升40%。
麒麟電池的多功能彈性夾層,水冷、隔熱、緩沖功能三合一,置于側面而非頂部的水冷系統(tǒng),既作為冷板,又可以隔熱,避免相鄰電芯的熱擴散,又作為結構件承擔機械力。
圣戈班針對不同的應用場景推出的熱擴散防護解決方案有功能性陶瓷硅泡棉TRP5000,在常溫下保持硅橡膠特性,耐溫到1300℃,高溫下可以瓷化形成自支撐無機層,防火層可以提供很好的阻燃、耐火燒、耐火沖擊的作用。
現在市面上其實主流的隔熱防火材料是云母,但是云母的密度相對比較高一點的,圣戈班稱,TRP5000的密度相對云母會輕30%~40%,能夠幫助主機廠縮減輔材的重量,提高電池系統(tǒng)能量密度。
羅杰斯的電動汽車電池包材料解決方案包含電芯隔墊,可用于軟包電池和方形電池,提供壓縮襯墊和熱失控防護二合一方案。羅杰斯正在商業(yè)化通過組合不同的絕熱層制作的復合材料或特殊化學配方的材料,從而實現既具有定制化壓縮性能和也具有優(yōu)異熱防護作用的多功能泡棉,如將金屬箔復合膜與聚氨酯或硅膠等壓縮襯墊材料一同使用,既能阻擋直接火焰,也能將熱量散發(fā)出去,使泡棉在遇熱時堅持更長時間。
富程威結合EV用電芯更長壽命、更安全、更低成本的市場發(fā)展需求,開發(fā)了高性價比的多種有機硅系列產品,其中其特種硅橡膠可用于新能源汽車的隔熱應用需求。
氣凝膠方面,江蘇珈云新材是CIBF展上少有展出氣凝膠的隔熱防火材料企業(yè)。珈云新材展出了高性能陶纖氣凝膠絕熱氈產品AJ1025、泡棉氣凝膠、濕法玻纖氣凝膠、預氧絲氣凝膠等產品。其中AJ1025是國際首款長時耐1000℃,短時耐1300℃的高溫氣凝膠電芯間隔熱片。
疏:熱電分離
PACK層級的熱電分離是做到NP 2.0的關鍵技術。
傳統(tǒng)電池PACK中,電芯防爆閥和極耳在同一側,熱失控泄壓區(qū)與高低壓線路處于同一區(qū)域。一旦發(fā)生熱失控,噴發(fā)物容易在泄壓通道堆積,造成高壓短路,帶來熱失控后的“二次危害”。因而,電池包要做到真正的“無熱失控蔓延”,需要控制高溫和導電對絕緣帶來的巨大破壞力。熱電分離被許多主機廠和電池廠視為通向新一代防護技術的必經之路。
寧德時代提出逐步迭代的NP技術,從NP1.0到NP4.0第一代為被動防護不擴散,第二代是主動隔離,第三代為煙氣控制,第四代則是故障降維。麒麟電池應用的NP2.0技術采用了高壓與煙氣主動隔離技術,能兼容不同電池化學體系與電壓平臺。
蜂巢能源的龍鱗甲電池、中創(chuàng)新航的OS電池、捷威動力的海綿電池、億緯鋰能4695大圓柱電池包、欣旺達閃充電池等均采用熱電分離技術,保證電池的安全性。
龍鱗甲電池采用熱電分離的設計思路,就是將熱失控區(qū)域與電連接區(qū)域分割。底部泄壓閥與兩側極柱完全物理隔離,電芯的泄壓物與電氣連接空間完全絕緣,杜絕了“熱失控”后導致的“電”的危害。
中創(chuàng)新航開發(fā)的TPP(熱抑制保護)2.0技術,電芯沿著高度方向——Z向泄壓,同時還設置了獨立的泄壓空間,保證氣體不跟強電發(fā)生交聯,讓熱失控泄壓空間與電氣空間有效分割,避免噴發(fā)物造成高壓電器短路。
捷威動力海綿電池通過“氣液分離”結構,精準計算和控制氣液分離閥開啟,實現熱失控定向排氣,使熱“失控”轉變?yōu)椤翱煽亍保瑵M足TP“零”擴展需求。其在電池包縱梁上設有氣液分離裝置,氣體通過上蓋導氣槽引導導出,液體通過整車的膨脹壺,包內壓力增加,液位在壓力作用下下降,冷卻液通過整車膨脹壺進行收集。
基于上下游企業(yè)對電池安全的關注和新技術、新產品布局,我們可以看到,隔熱防火材料、熱電分離等的應用正在升級動力電池的被動安全技能,給予新能源汽車更充足的信心。
來源:第一電動網
作者:NE時代
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