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有惊无险 聊比亚迪刀片电池针刺实验

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  [广州汽车 技术]  即将应用在比亚迪汉车型上的刀片型磷酸铁锂电池(下称“刀片电池”),通过无模组电池成组方式,提升了电池包的整体能量密度,进一步延长了车辆续航里程,在续航里程上追近了采用三元锂离子电池的主流车型。加上目前基于磷酸铁锂电池的刀片电池在安全性和抗容量衰减特性上相比三元锂离子电池更有优势,使其重新获得乘用车消费者的关注。最近比亚迪电池实验室对刀片电池进行了严酷的针刺试验,作为对比,现场也对普通磷酸铁锂和三元锂离子电池样品进行了同样的试验。下面就让我们来看看这三种电池被钢针刺穿后会发生什么?

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● 热失控与针刺试验

  虽然美国国家公路交通安全管理局研究认为,电动汽车起火概率要低于柴油和汽油发动机车辆,我国消防应急管理部门也表达了类似观点,但每每出现纯电动车自燃的新闻时却总是能博取到人们的关注。根据新能源汽车国家大数据联盟数据显示,去年5月以来出现事故的车辆,以2018年生产的车为主。其中,事故车辆86%为三元锂离子电池,7%为磷酸铁锂电池,7%不确定。而与电池相关的自燃事故大多与电芯热失控密切相关。

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  那么什么是热失控呢?电池的热失控是指电池内部化学反应的产热速率远高于散热速率,大量热量在电池内部积累导致电池温度急速上升,最终引起电池起火或爆炸。

比亚迪 汉 2020款 EV 基本型

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  最新的强制性国标相较于2015版本有明显的变化,除了对2015版国标的已有项目进行修订外,还取消了模组级别安全试验、电芯针刺试验、电芯跌落试验、电芯低气压试验、电芯海水浸泡试验、电池包跌落试验以及电池包翻转试验,增加了电池包的热扩散试验和过流保护试验。在执行层面,由于新国标尚未正式推行,目前企业可以选择性执行新国标规定的过充和热扩散试验,2015版国标强制要求的针刺试验现在也作为可选项目由企业选择性执行

● 试验样品有哪些?

  此次针刺试验除了有比亚迪最新的刀片电池外,作为对比,我们也找来普通磷酸铁锂电池、NCM622三元锂离子电池(正极材料中的镍钴锰三种成分的比例为6:2:2)进行试验。我们要看看这三种电池在严酷的针刺试验下,都有怎样的表现。

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  此次针刺试验的电池样品都是比亚迪生产的车用动力电池电芯,电芯单体容量都在100Ah以上。从上图可以看出,普通磷酸铁锂电池和NCM622三元锂离子电池在外形和结构设计上没有太大的区别;刀片电池则与上述两者区别明显,其正负极分别布置在电池长度方向的两端。

● 刀片电池是什么黑科技?

  既然今天针刺试验的主角是刀片电池,首先我们就要对它有个大致的了解,到底比亚迪的刀片电池是一样怎么样的东西?它在技术上有怎样的先进性呢?下面我就来给大家科普一下。

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  根据此前公布的消息,汉纯电动版车型将会搭载重量为549kg、容量为77kWh的电池包。按照刀片电池单体参数来简单推算一下,该电池包内将集成超过200个刀片电池单体。

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  比亚迪通过CTP设计把电池包壳体内部的空间利用率由传统设计方式的40-50%提升至60-80%。设计的更新换代带来的直接好处就是在采用原有磷酸铁锂电池技术的前提下较大地提升纯电动车的续航里程。上面对刀片电池进行了简单的科普,更详细的技术解析可参看下面这篇文章的相关介绍。

● 针刺实验是怎么做的?

  按照GB/T 31485-2015的针刺试验方法,将电池充满电,用直径为5-8mm的耐高温钢针(此次试验采用5mm直径的钢针),以(25±5)mm/s的速度,从垂直于电池极板的方向贯穿,贯穿位置宜靠近所刺面的几何中心,钢针停留在电池中,观察1小时,不起火、不爆炸才算合格。

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  单个电池热失控时,其外壳温度越高,电池间的热扩散会越迅速,这意味着临近的电池也会更快地升温而相继触发热失控,导致电池包的安全系数下降。实验中的鸡蛋如果很快地被煎熟,说明电池在受到针刺时出现明显的热失控导致电池温度急剧上升。

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