“历史上有一个著名的战役——赤壁之战,在这场战役中,曹操因用铁链把战船拴在一起而损失惨重。为什么?因为当周瑜大军起火的战船烧过来的时候,曹操军队的战船因连在一起一时无法解开,灾难自然就不可避免。假如拴战船的铁链能够自动断开,曹操至少不会损失如此惨重,最多也就是外围的几艘战船被烧,仍然可以保存实力。”江淮华霆动力有限公司董事周鹏在向《中国汽车报》记者讲解蜂窝电池的技术原理时,首先举了一个简单易懂的例子。他说,蜂窝电池技术即是如此,因为可以自我断开就可以切断坏电芯对外扩张的通路,保护整体电池包的安全。“这项技术把电池包起火概率降低了一个数量级。”周鹏说。
动力电池技术日新月异,新技术层出不穷,不过,在普遍追求能量密度的情况下,侧重于安全技术提升的蜂窝电池显然有其更重要的意义。近日,江淮汽车开启iC5电动汽车预售,搭载的正是蜂窝电池。那么,这项号称领先行业3~5年的“黑科技”真能大幅提升动力电池的安全性吗?
■运用仿生技术提升电池安全性
在大自然中,六边形是一个神奇的图案。蜂巢几乎接近正六边形、乌龟背上有多个六边形图案、冬天的雪花有很多是对称的六边形……近年来,被称为“黑金”的石墨烯的碳原子也是按照六边形排布,相互连接形成碳分子。
大自然经过长期演化筛选出众多符合自然规律的技术、现象,人类也热衷于向大自然学习,于是便催生了近代兴起的仿生学。江淮汽车在动力电池技术的运用上就借鉴了仿生学的原理,经过4年多的努力,研发出蜂窝电池。
众所周知,六边形结构具有较高的稳固性,在工程建设中大量采用六边形结构。江淮汽车的蜂窝电池同样采用六边形结构。周鹏告诉记者,六边形结构可以吸引一定的碰撞和挤压能量,即便遭遇较大的外力碰撞、挤压也不易出现大面积的坍塌。“蜂窝电池采用六边形结构,并在电芯之间注满导热胶,从而做到电池单体之间电隔离和热隔离。假如有一颗电芯失效,它不会波及到周边,因此不会引起连锁反应。这项技术切断了坏电芯向周围扩散的通路,从而确保电池包的安全。”周鹏说。
具体来看,首先,“蜂窝电池采用了蜂巢结构的仿生设计,通过外延包覆的UE技术(UnitizedEncapsulation),实现单元化封装。”周鹏说,”UE技术可以降低电池系统内的热扩散,并且保持电池系统恒温,降低季节性温差对电池续驶里程的影响。”
其次,周鹏告诉记者,蜂窝电池的电芯之间注满了导热胶,这保证了电芯的散热速度。他解释称,一个基本的原理是,水冷却散热效果好于空气冷却的散热效果。如果导热胶与电芯100%接触将加快电芯的散热速度。电芯的电化学反应不可避免带来热量散发,导热胶快速把热量传递出来,可以确保电池包内部的温差≤3℃。“当电池单体间出现温度不均衡时,电芯的电化学反应速率会出现不均衡,进而导致电池单体间的循环寿命、容量和内阻出现差异,这种差异会缩短电池寿命。”周鹏说。
第三,除了实现良好的散热效果,蜂窝电池还具有保温作用。周鹏形象地介绍说,住过铁皮屋的人都知道,夏季铁皮屋像一个蒸笼,冬季又寒彻透骨。同理,圆柱电芯都用铁皮包裹,温度调节能力很差,在电芯当中注入导热胶不仅可以散热,还可以起到保温作用。在冬季,有了导热胶的防护,电池可以快速升温。“低温会导致电池内部物质的活性降低,内阻、极化电压增加,快速升温之后,这些不利影响将能尽快消除。”周鹏说。
■电芯设计同样注重安全性
从以往发生的多起电动汽车起火事故来看,电池内部故障是起火的主要原因。蜂窝电池不仅电池单体之间的防护措施有所改变,在电芯设计上同样要求配套变化。
据介绍,江淮汽车蜂窝电池采用力神的21700NCA电池,这款电池的看点是采用了双防爆阀设计,容量为1C~4.8Ah(0.2C~5Ah),单体能量密度为245Wh/kg。从能量密度来看,蜂窝电池的能量密度符合主流趋势,并且处于中上游水平。