蜂巢龙鳞甲/广汽弹匣电池/宁德麒麟电池热管理设计分析

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环境温度对电池的工作状态有巨大影响，这就要求热管理系统必须实时进行监控与控制，我们可以通过硬件（也就是热结构设计）与策略（也就是热性能设计），建立与系统间的配合，保证达到对动力电池的非常精确的温度控制。由此各大主机厂均希望在市场变化中进行技术卡位，创新出不同的热管理表现形式，其中热结构设计是热管理的核心载体，也是各大PACK集成商开拓创新、占领市场的重要技术核心，诸如宁德麒麟电池、广汽弹匣电池、蜂巢龙鳞甲电池、江淮蜂窝电池、特斯拉4680电池、长城大禹电池岚图琥珀和云母电池等等，要么在热性能、热安全等维度去解决安全和性能问题，要么热结构结合系统做集成化设计以提高系统的能力密度，甚有两者相结合的方式来应对市场的多样化需求。后面我也会对其中典型的电池包设计进行简单的讲解。

动力电池系统关键特性主要有以下几点，安全、寿命、续航里程、快充性能、充放电性能。热失控除了机械滥用、电滥用外，还有一个很重要的诱发因素，那就是热滥用，温度是其最直观的体现；买电动汽车，电池寿命和续航里程是经常会被人关注的点，这也是电池的很重要的一个特性，电池有他最佳的使用温度，如何做到既高效的进行温控，又做到能量损耗较小，这是个策略的权衡，进水温度、速度、流阻、电池温度控制阈值，BMS控制策略等等，都是我们热管理需要关注和分析的点。说到快充性能，不得不说热结构设计在其中扮演的重要性了，不管是之前的2C充放，还是正在推进的4C充放，制约电芯能力的很大一部分因素就是电芯与外界的换热效率，也是最主要的技术瓶颈，这就需要我们在换热面积等方面进行充分的热结构设计，带走更多的热量，使电芯能稳定发挥出它的功能，电芯的充放电性能亦是如此，高低温充放电性能均受温度影响较大，需要热结构设计发挥良好的控制效果。我们可以总结的说，热管理系统是整个电芯温度控制的核心，而热结构设计则是热管理的核心载体。

“龙鳞甲”是传说中龙族收集了每一条龙身上最硬的一片龙鳞，集合打造的无坚不摧的鳞甲，一方面取其坚固无比之意，另一方面也是集大成之意。我们知道电池包要做到快速充电，难点在于如何管理快充时导致的电池温升。如果温升过高，超过安全阈值，就会导致热失控。此前大量电动汽车在快充时起火，就是热管理能力不足。

集成：1.通过底部热失控泄压区域与水冷板集成设计，由于底部泄压，电池包底部防护空间跟热空间是共用的，节省了一部分空间，同时通过中央排气通道设计，进一步为电芯腾出了空间，实现热电分离设计。蜂巢能源认为，要想做到电池包真正不起火甚至不冒烟，热电分离才是未来发展新趋势。

2.龙鳞甲电池的电池包上盖与水冷板集成，与底部的水冷板设计，形成双面冷却设计，让电芯大面积和冷却板接触，让冷却板迅速带走电芯的热量，使得龙鳞甲电池换热能力提升70%，并且还可以提升电动车快充场景的安全性。

3.底部采用高弹性钢加弹性支架，提供有力的承载和防护缓冲，避免碰撞带来的电池包故障，同时实现底部与防护空间的紧密结合，进一步提高体积利用率，龙鳞甲电池的思路是，通过优化防爆阀泄压、热防护、冷却抑制等技术的设计来解决这个问题，龙鳞甲电池的热管理效力非常好，因为它上下两面是纯平的，极柱在两侧，这种设计更容易进行热管理，可以做到成本低、效率高，冷却效果更好。

蜂巢研发从热安全、热性能、集成度等多个角度进行热结构设计，利用创新的技术开拓者自己的疆土。

广汽弹匣电池：埃安所研发的弹匣电池，是行业首次实现了三元锂电池整包针刺不起火，已经获得了很大的成功，弹匣电池1.0装车超过40万辆，至今无一例自燃事故。

弹匣电池2.0更是做到了全球首次实现电池整包枪击不起火，首次解决了多电芯瞬时短路、爆裂性破坏等极端环境下的电池安全难题。埃安除了在电芯中通过具有超高稳定性、超高耐热性的纳米陶瓷材料，大幅增加了电极界面韧性来提升电池本征安全性，埃安还与中国航天合作，开发了拥有隔热和相变吸热双重功能的阻热相变材料。这种相变材料的相变潜热相对常规材料提升了10倍，能在温度维持不变的基础上吸收大量的热量，配合网状纳米隔热材料，整体的隔热性能大幅度提升40%。同样的，弹匣电池2.0采用了双层冷却系统，对电芯顶部和底部同时进行冷却，整体冷却效率可提升80%。在热安全方面，埃安的工程师还为弹匣电池2.0配备了电芯灭火系统。它利用低熔点合金构成了灭火腔，在非常小的高度空间上实现了灭火剂的储存、热失控电芯的自定位和定点喷淋。当电芯发生热失控，大量的灭火剂瞬间精准喷淋到该电芯上。灭火剂可以在吸热气化的同时，捕捉燃烧链式反应的自由基，形成惰性气体氛围，结合埃安的热失控气体排放处理技术，可以消除排气中的火星和99.5%的PM10。这一技术的应用，令弹匣电池2.0成为了唯一自带安全“消防队”的电池技术。以上隔热、吸热、防火、冷却等零部件均属于热管理的范畴，对零部件的验证及开发应用，也需要我们热结构工程师与供货商协同合作，开发最适合项目应用的产品。