泛亚汽车：从电芯到模组、模块，多层级防护策略筑牢电池安全防线

随着电动车市场的迅速发展，电池热管理成为保障整车安全、性能输出的关键因素。2024年6月25日，在2024第二届新能源汽车热管理论坛上，泛亚汽车技术中心电池开发负责人吉英亮提到了电池热失控的多种触发场景，包括电芯缺陷、电池包耐用性、外部撞击及密封不良等。

吉英亮表示，针对此，泛亚汽车采取全面防护措施，制定了从电芯到模组、模块的多层级防护策略，不仅满足法规要求，更从客户失效场景出发，确保电池安全。“通过严格的测试、设计和生产管控，以及全生命周期管理，能有效降低热失控风险。”吉英亮说。

另外，他还介绍了奥特能智电平台在提升电池安全性能方面的创新实践，强调了在新能源汽车热管理领域持续创新的重要性。

吉英亮 | 泛亚汽车技术中心 奥特能智电平台电池开发负责人

以下为演讲内容整理：

电池热安全场景分析

在电动车领域，关于电池安全性的报道日益增多，尤其涉及充电、行驶中的热失控现象。高集成CTP设计加剧了热失控的风险。热失控的诱因多样，包括电芯缺陷、电池包耐用性、外部撞击及密封不良等。针对此，泛亚汽车采取全面防护措施，不仅满足法规要求，更从客户失效场景出发，确保电池安全。

图源：演讲嘉宾素材

在电池包热失控防护上，泛亚汽车经过严格测试，确保设计优先考虑安全因素。从生产到全生命周期管理，实施全面的管控策略。整个系统目标在于防止起火和爆炸，这要求在电芯、模组、模块等层级上均满足高标准。

电芯热安全提升和电芯防扩散研究

在电芯开发上，强调系统视角，对电芯材料提出明确要求。以NCM811为例，我们通过材料级仿真，提高其热稳定性，减少热失控时的氧气释放，增强化学合成物的稳定性。最终，选材料并经过测试，其温度稳定性提升超过10%。

在电芯生产过程中，为确保品质，团队严格管控各项工艺，防止引入缺陷导致后期使用不稳定。重点关注内部杂质和焊接稳定性，对每位供应商均设定高标准的安全和品质要求，尤其关注异物管控、焊接和内阻监控等核心工序。通过大量测试，我们针对811电芯构建了热失控行为模型，该模型成为物理防护设计和控制策略的关键输入。

测试覆盖SOC、温度和老化三个维度，结果显示NCM811电芯在热失控时峰值热量约为1.6兆焦，实际情况下，加上喷出的物质和气体热量，总热量约为2.4兆焦。热失控趋势与SOC和温度密切相关，尤其在SOC较低时。

在热失控监控中，则采用气体作为触发信号，确保在全SOC和全温度区间内无监控死角。模组层级和CTP上，电芯堆叠需考虑隔热、散热和排气设计。隔热旨在防止热量传递至外部，而散热则通过整车热系统实现，确保每个电芯得到适当冷却。排气则降低电气污染等级并提供防护。

图源：演讲嘉宾素材

通过多物理场耦合仿真，团队模拟了电芯热失控时的行为，包括热传递和气体流动。实验发现，电芯间主要通过大面进行热传递，但上部和侧面也贡献了30%至40%的热量传递，这提示在设计时需全面考虑各种热源。

热失控在电芯中具有高度不确定性，其损伤亦然。为确保系统稳健，团队通过模型建立实现了整包级别的快速实验仿真。该仿真基于电池包内部多项参数，确保气流、热量分布与整包相近，从而确定系统稳定的边界。试验表明，控制温度在250度内较为安全，超过280度则可能出现不可控因素。

电池包整体解决方案

电池包整体方案包含隔热、散热设计和排气系统，并引入绝缘防护新概念。电芯喷出的高温气体和导电物质对内部构成威胁，需加强热事件监控和防护。热失控分为电芯失控及其后果传递两个阶段，拉弧是其中关键，易引发多电芯热失控和电池包损伤。

在拉弧防护上，团队直接模拟电芯失效场景，评估不同材料。电芯失控会改变电池包内气体环境，加剧污染等级，对高压元器件构成挑战。我们根据研究结果对电器元器件和金属部件进行风险评定，并选择合适材料以杜绝拉弧。

对于车辆上市后电池的监控，基于电芯的电化学测试和建立的模型，追踪后台电芯运行是否符合试验室积累的模型，包括老化、电压和内阻趋势。此技术基于试验室数据，可迅速识别极端行为，确保电池安全。

电池除了设计外，测试同样重要。团队通过模拟客户使用场景，选择最高温度和SoC区间进行测试，确保实验结果与设计意图一致。即使在恶劣条件下，我们的侦测和加热技术也能防止热失控扩散。

图源：演讲嘉宾素材 

电池包内部设计采用7×24小时不间断监控，借助低功耗策略在车辆休眠时保持监控功能，并应用新一代技术提升高温高压下的性能。排气通道和防火设计旨在减少次生灾害，保护乘员舱安全。

传统热传递型防护措施在电芯失控后，需等待半小时左右才能确保系统安全。为提升安全性，团队也在考虑引入喷淋系统作为前热降温手段。因为经过对比，水剂灭火器效果最佳，试验表明，喷淋系统相比传统热传递散热效果提升15至20倍，能在两三分钟内将系统温度降至安全范围，但如何控制电池包内部二次短路是下一步研究的重点。因此喷淋方案也是我们正在研究的新方向。

接下来介绍奥特能智电平台的开发理念。在开发阶段，团队挑战极限场景，遵循行业最高标准，进行严苛的电池包系统测试，远超国标要求。在客户使用阶段，重视电池的安全、寿命和能耗，关注物理防护、底部侵入等问题，以及快充后的电池衰减。目前，我们的电池在120万公里内衰减极小，展现出卓越性能。

凭借对电芯和电池包寿命的精确预测，我们得以有效二次利用退役电池包，充分发挥其剩余能量和寿命。电池包设计始终围绕全生命周期安全展开，从开发、试验、制造到回收，安全始终是我们的核心理念。

无论是现有的奥特能电池包，还是新推出的PHEV插混电池包，乃至未来的新产品，泛亚汽车都致力于实现全生命周期的安全和可用性，力求成为行业标杆！

（以上内容来自泛亚汽车技术中心电池开发负责人吉英亮于2024年6月25日在2024第二届新能源汽车热管理论坛发表的《电池系统热安全相关技术和解决方案》主题演讲。）