刀片、弹匣与神盾 三款电池都通过“穿刺试验” 有啥异同?

在电动车领域,电池的安全性关乎用户的生命与财产,可谓重中之重。2020年5月,工信部就明确了动力电池的基本安全要求,是在电池单体发生热失控后,电池系统5分钟内不起火不爆炸,这5分钟就是给车内人员逃生的时间窗口。当然,对于有更高追求的车企,当然不会满足达到这个最低要求。如果能够实现单个电芯短路热失控,电池包都不起火,那车辆也就避免被烧光的风险,用户的财产损失也就降到了最低。

于是在对于电池各种严苛的安全检测中,就引入了“穿刺试验”这个难度最大的项目。我们都知道,电芯内部的正负极材料是被隔膜分离的,隔膜如果穿透,正负极将立刻发生剧烈的化学反应与电化学反应,急剧发热。而电解液则是极易燃液体,并且无需氧气就能快速燃烧。因此锂电池一方面不断提升隔膜的防穿透性,严格控制生产环节,比如正/负极片粉尘和焊接引起的金属粉尘吸附、卷绕/叠片时形成的正/负极片错位、金属焊点或极片边缘毛刺等,杜绝这些物理上的漏洞。另一方面就是要假设发生短路后,如何保证电池依然安全,这就“穿刺试验”的意义所在。

弹匣电池穿刺后有轻微起烟现象

由于三元锂正极的活性较高,在穿刺试验时往往伴随着强烈的明火和温度的急剧上升,成为穿刺试验的对比参考物,相信大家在两年前比亚迪刀片电池的穿刺试验中都见过了。因此,目前能够在穿刺试验中实现无明火、不爆炸,还能保持降低温度的,都是磷酸铁锂电池。比较有代表性的就是比亚迪刀片电池、埃安的弹匣电池和吉利的神盾电池。

神盾电池的厚度适中,穿刺后很平静

那么,三个穿刺试验有什么差异,又都是怎么实现了高安全性,我们简单对比分析下。按照国家相关标准,穿刺试验钢针直径为3-8mm。弹匣与神盾都是用的上限8mm,因为直径越粗,短路的面积就越大,刀片电池测试没有介绍钢针的直径,目测略微细些。试验要求测试的电芯电量达到90%以上,三者都是满电。

三款电池在穿刺过程以及刺穿后24小时内都做到不冒火、不爆炸,弹匣电池在穿刺后有轻微的冒烟,其余两个无烟。穿刺后最高温度不同,刀片电池温度最高达到60度、弹匣电池是51.1度,而神盾电池实现了最低的40度。

从结果来看,三种电池推出的时间先后顺序是刀片、弹匣、神盾,而温度管理的水平也在不断提升。从技术层面看,刀片电池主要的特色是在结构上做文章,电芯高度 90mm,厚度 13.5mm,长度可调整。弹匣电池的特色是利用安全舱结构硬件阻隔热失控蔓延,系统管理检测到温度变化会启动速冷降温系统冷却。而神盾电池在电芯内部的创新有采用低反应活性电解液和耐热涂层涂覆技术,同时“BMS 3.0电池医生”实时在线计算电池数据并相应进行热管理,另外电池包还有“田字型”结构保护。

总体而言,以上三款电池在安全性方面都是行业顶级水平,对于追求安全性的朋友可以放心使用。从技术层面看,后来者的进步是显著的,热管理做得更细致。当然,先到者有成本优势,还有广大的用户口碑,市场占有率更高。我们欢迎不断有新技术、新品牌出现,将电池安全推向新高度。

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