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購置稅優(yōu)惠 經(jīng)銷商報價 車主點評

將應(yīng)用于比亞迪韓車型的刀片磷酸鐵鋰電池，提高了電池組的整體能量密度，進一步延長了汽車的續(xù)航里程，在續(xù)航里程上接近采用三元鋰離子電池的主流車型。目前，基于磷酸鐵鋰電池的刀片電池在安全性和抗容量衰減方面比三元鋰離子電池更具優(yōu)勢，使其重新獲得乘用車消費者的關(guān)注。近日，比亞迪電池實驗室對刀片電池進行了嚴(yán)格的針測。作為對比，在現(xiàn)場對普通磷酸亞鐵鋰和三元鋰離子電池樣品進行了相同的測試。讓我們來看看當(dāng)這三種電池被鋼針刺穿時會發(fā)生什么。

●熱失控和針刺試驗

雖然美國國家公路交通安全管理局認(rèn)為，電動汽車的起火概率低于柴油和汽油動力汽車，我國消防應(yīng)急管理部門也表達了類似的觀點，但每當(dāng)有純電動汽車自燃的消息時，總是會引起人們的注意。國家新能源汽車大數(shù)據(jù)聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示，去年5月以來發(fā)生事故的車輛主要是2021年生產(chǎn)的車輛。其中，事故車輛86%為三元鋰離子電池，7%為磷酸鐵鋰電池，7%不確定。與電池有關(guān)的自燃事故大多與電池?zé)崾Э孛芮邢嚓P(guān)。

那么什么是熱失控呢？電池的熱失控是指電池內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的生熱速率遠(yuǎn)大于散熱速率，大量的熱量在電池內(nèi)部積聚，導(dǎo)致電池溫度迅速升高，最終導(dǎo)致電池起火或爆炸。

與2015版相比，最新強制性國家標(biāo)準(zhǔn)有明顯變化。2015版除了對現(xiàn)有項目進行修訂外，取消了模塊級安全測試、電池針測試、電池跌落測試、電池低壓測試、電池海水浸泡測試、電池跌落測試和電池翻轉(zhuǎn)測試，增加了電池組熱擴散測試和過流保護測試。在實施層面，由于新國標(biāo)尚未正式實施，企業(yè)可以選擇性實施新國標(biāo)規(guī)定的過充和熱擴散試驗，2021年國標(biāo)強制規(guī)定的針刺試驗現(xiàn)在作為可選項目由企業(yè)選擇性實施。

●測試樣本有哪些？

在這次針刺測試中，除了比亞迪最新的刀片電池，為了對比，我們還找到了常見的磷酸鐵鋰電池和NCM622三元鋰離子電池進行測試。我們需要看看這三種電池在嚴(yán)苛的針刺測試下表現(xiàn)如何。

本次針刺測試的電池樣品均為比亞迪生產(chǎn)的汽車動力電池電芯，每個電芯的單體容量均在100Ah以上。從上圖可以看出，普通磷酸鐵鋰電池和NCM622三元鋰離子電池在外觀和結(jié)構(gòu)設(shè)計上沒有太大區(qū)別。葉片明顯不同于上述兩種，其陽極和陰極分別設(shè)置在電池長度方向的兩端。

●刀片電池是什么黑科技？

既然今天針灸測試的主角是刀片電池，首先我們要對它有一個大概的了解。比亞迪的刀片電池是什么樣的東西？技術(shù)有多先進？現(xiàn)在我給大家科普一下。

根據(jù)之前公布的消息，韓春電動版車型將配備一個重量為549千克、容量為77千瓦時的電池組。根據(jù)刀片電池單體的參數(shù)，電池組將集成200多個刀片電池單體。

通過比亞迪CTP設(shè)計，將電池包殼內(nèi)空的利用率從傳統(tǒng)設(shè)計方式的40-50%提升到60-80%。新設(shè)計的直接好處就是在采用原有磷酸鐵鋰電池技術(shù)的前提下，大大提高了純電動汽車的續(xù)航里程。面對上刀片電池，進行了簡單的科普，更詳細(xì)的技術(shù)分析可以在下面文章的相關(guān)介紹中找到。

針灸實驗是怎么做的？

按照GB/T 31485-2015的針刺試驗方法，給電池充滿電，使用直徑5-8毫米的耐高溫鋼針以毫米/秒的速度從垂直于電池板的方向刺入，刺入位置應(yīng)靠近被刺穿面的幾何中心，鋼針應(yīng)留在電池內(nèi)觀察1小時不著火。

當(dāng)單個電池的熱量失控時，其外殼溫度越高，電池之間的熱擴散越快，這意味著相鄰電池會更快升溫，并相繼觸發(fā)熱失控，導(dǎo)致電池組的安全系數(shù)降低。如果實驗中的雞蛋被快速油炸，說明電池被針刺時明顯失控，導(dǎo)致電池溫度急劇上升。

●實驗結(jié)果如何？

針灸試驗是在比亞迪的電池實驗室進行的。由于實驗室的保密性和安全性，我們無法拍攝電池針刺過程，所以我們將通過實驗室專用的官方監(jiān)控攝像頭拍攝的視頻進行講解。

更多精彩視頻，均在車載家庭視頻頻道。

【三種電池樣品針刺試驗視頻】

◆三元鋰離子電池

首先我們要做的是NCM622三元鋰離子電池的針刺測試，相信是觀眾最關(guān)心的部分，因為目前國內(nèi)純電動汽車很大一部分使用三元鋰離子電池。對三元鋰離子電池有一定了解的朋友應(yīng)該知道，車用三元鋰離子電池很難通過針刺測試。只要針刺觸發(fā)內(nèi)部短路，電池就會立即失去對熱量的控制。讓我們用測試來看看三元鋰離子電池在針刺測試中會有什么反應(yīng)。

從實驗現(xiàn)象中我們可以知道，當(dāng)鋼針刺穿電池導(dǎo)致三元鋰離子電池內(nèi)部短路時，極高的升溫速率會使三元正極材料迅速達到200攝氏度左右的分解溫度，三元正極材料會高速分解產(chǎn)生大量的游離氧，這將進一步增加各種化學(xué)反應(yīng)的發(fā)熱，增加電池內(nèi)部的升溫速率，也使電池的內(nèi)壓迅速上升。電池內(nèi)部迅速上升的壓力迅速推開泄壓閥，內(nèi)部高壓電解液噴涌而出。此時外部空氣體進入電池，電池內(nèi)部殘留的新鮮空氣體+極高溫度+可燃電解液爆炸起火。

◆普通磷酸鐵鋰電池

接下來我們切換到普通磷酸鐵鋰電池。鋼針從中心穿透電池內(nèi)板。鋼針刺入電池后，電池電壓開始下降，電池外殼膨脹到一定程度，說明電池內(nèi)部短路導(dǎo)致內(nèi)部壓力快速上升，隨后泄壓閥打開，電池內(nèi)部高壓電解液噴出，隨后電池外殼溫度隨著電壓快速下降而快速上升，最高達到239攝氏度。隨著電池的內(nèi)容物全部通過減壓閥噴出，電池外殼的溫度開始慢慢回落，直到觀察期結(jié)束。穿孔位置附近的雞蛋已經(jīng)被高溫外殼煮熟，說明測試時電池外殼溫度較高。

磷酸鐵鋰電池?zé)崾Э胤磻?yīng)不如三元鋰離子電池嚴(yán)重的原因是其正極材料分解溫度在500℃以上，熱失控溫度高于三元鋰離子電池，熱失控風(fēng)險相對較低。此外，磷酸鐵鋰電池正極分解時產(chǎn)生的氧氣量較少，限制了內(nèi)壓的增加和溫度的升高。一方面可以避免電池內(nèi)部壓力過大的爆炸，另一方面也在一定程度上限制了易燃電解液燃燒的可能性。在磷酸亞鐵鋰的熱失控試驗中，其升溫速率遠(yuǎn)低于三元鋰離子電池，這也是其安全系數(shù)較高的重要特點之一。

從實驗現(xiàn)象可以看出，用針刺觸發(fā)普通磷酸鐵鋰電池內(nèi)部短路會導(dǎo)致熱失控。當(dāng)普通磷酸鐵鋰電池失去對熱量的控制時，電池內(nèi)部的溫度和壓力會迅速升高，導(dǎo)致電池外殼鼓包到一定程度，碰到排氣閥打開。雖然視頻的效果看起來驚險，但在整個測試過程中，電池并沒有起火爆炸，安全性還是值得肯定的。值得一提的是，泄壓閥是一種熱失控保護措施，在本次試驗中發(fā)生熱失控時，適時開啟，證明該措施是有效的。

◆刀片電池

最后，我們測試了刀片電池。鋼針從中心穿透刀片電池的極板后，電池的壓降和表面溫升都很輕微，穿刺處沒有火花、煙霧或電解液，電池殼也沒有鼓包。穿刺后一小時內(nèi)，穿刺刀片電池的電壓和表面溫度非常穩(wěn)定，穿刺位置附近打中的雞蛋沒有被炸的趨勢。

看到這里，一些購買了三元鋰離子電池純電動汽車的朋友可能開始坐不住了。換成用磷酸鐵鋰電池的型號安全嗎？等一下，以上測試是電池單體的部分安全測試。雖然三元鋰離子電池電芯的安全系數(shù)較低，但通過優(yōu)化電池包結(jié)構(gòu)設(shè)計，嚴(yán)格監(jiān)控電池管理系統(tǒng)，可以提高該類型電池在電池包層面的安全系數(shù)。請繼續(xù)往下看。

●如何保證搭載三元鋰離子電池的車輛安全？

從車輛安全的角度來看，新國標(biāo)增加了新的熱擴散試驗，要求電池組或電芯熱失控引起熱擴散，會導(dǎo)致乘員艙危險，并為乘員提供預(yù)警信號，提醒其撤離。熱擴散試驗的目的是為了提高電動汽車在使用中的安全性，保證用戶的人身安全。

有朋友會問，現(xiàn)在熱度失控報警還來得及嗎？要回答這個問題，首先要了解電池組的結(jié)構(gòu)。電池組中有幾十到幾千個電池單元，一個電池單元的熱失控不會立即觸發(fā)相鄰電池單元的熱失控。所以，電池組真正燒到損害人身安全的程度，其實是有一個過程的。雖然三元鋰離子電池?zé)崾Э氐陌踩禂?shù)相對較低，但通過電池單體泄壓閥的設(shè)計，在電池單體之間加入隔熱材料，可以有效防止熱擴散，減緩或避免其他電池單體的熱失控，延長乘客的逃生時間。

因為針刺不是常規(guī)的電池失效模式，所以電動汽車的電池組或電芯在日常使用中極難針刺。然而，在嚴(yán)重的碰撞事故中，電池單元變形導(dǎo)致熱失控是一種常見的故障模式。通過加強電池組和周圍保護結(jié)構(gòu)的強度，可以更好地避免電池單體壓縮變形引起的熱失控。

總的來說，目前量產(chǎn)車型搭載的三元鋰離子電池安全系數(shù)較低，但通過對電池組和電池管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，可以在使用層面提升這種電池技術(shù)的安全性。目前國標(biāo)的基本要求還是比較嚴(yán)格的，消費者不需要談三元鋰離子電池的變色問題。

目前就國內(nèi)技術(shù)水平而言，安全指標(biāo)在一定程度上限制了三元鋰離子電池組整體能量密度的進一步提升，而較低的單體能量密度則限制了磷酸鐵鋰電池組或刀片電池組整體能量密度的提升。相比之下，未來幾年，磷酸鐵鋰電池或刀片電池組將通過電池技術(shù)優(yōu)化和無模組電池組設(shè)計優(yōu)化，使電池組整體能量密度提升空，甚至可以超越受安全指標(biāo)限制的三元鋰離子電池組。

●編輯摘要:

三元鋰離子電池單體熱失控的安全系數(shù)較低，但通過加強電池組外殼強度、完善電池管理系統(tǒng)中熱失控的檢測預(yù)警機制、使用隔熱材料降低熱擴散速率等措施，可以有效增強電池組的整體安全系數(shù)，從而滿足汽車動力電池國家標(biāo)準(zhǔn)的安全要求，提高其使用水平的安全性。磷酸鐵鋰電池/刀片電池的能量密度相對較低，但其熱失控安全系數(shù)遠(yuǎn)高于三元鋰離子電池，有利于利用模塊化設(shè)計進一步提高電池組整體能量密度，增加電動車續(xù)航里程，從而在安全性和續(xù)航性之間達到更好的平衡。