热电分离或将成为新一代动力电池标配

摘要

在系统层面，热失控防护和结构简化成为动力电池企业发力重心。

过去的一年，中国新能源汽车渗透率达到26.5%，单月渗透率曾超30%。随着电动汽车保有量持续提升，甚至下一步将全面取替燃油车，大众对于动力电池安全问题的容错率越来越低。

同时，随着“快充”逐渐成为主流车型标配，如何应对大功率及高压快充下的电池包热防护难题，也成为车企及动力电池的竞争焦点。

电池整包的热电分离设计，成为这个背景下兴起的新趋向。

在特斯拉4680、上汽“魔方”电池、哪吒“天工”电池、宁德时代NP2.0技术、中创新航TPP2.0技术中都有热电分离思路的身影，蜂巢能源龙鳞甲电池更是明确采用热电分离设计并将其作为主要技术亮点。

更高维度的安全设计需求

随着液态动力电池技术发展到相对成熟的阶段，当前的动力电池产业链围绕着降本增效与大规模制造水平展开激烈竞争。

由颠覆性的材料/结构创新带来的技术红利相比前两年有所弱化。当前背景下，动力电池的技术创新更多体现为对细分痛点、或终端场景更具针对性的解决方案。

在系统层面，热失控防护和结构简化成为动力电池企业发力重心。

例如，传统的电池包安全设计侧重于对“热”的防护，如增大冷却面积、采用隔热性能更好的阻热材料等，毕竟从化学路径上看，“热”确实是导致电池起火爆炸的根本原因。

然而，在实际的热失控蔓延场景中，电芯喷发出来的气-液-固混合体极容易带来“二次危害”，例如电弧击穿金属板、烧熔金属板、短路、绝缘失效等。

因此，必须要考虑“电”的因素，才能够实现真正的“电池包不起火”。热电分离设计便是很好的解决方案。

常规电芯的防爆阀与极耳在同一侧，也就是说热失控泄压区与高低压线路处于同一方向，物理空间上不可能做到“分离”。这种情况下高温喷发物容易在泄压通道堆积，导致高压短路，并极易蔓延到相邻电芯或者电气单元。

只有改变防爆阀位置，气体与强电才能不发生交联。因此热电分离的核心创新就主要在于底部或侧部防爆阀设计。

热电分离等新一代防护设计的应用

特斯拉4680CTC方案便将电芯防爆阀设计在电芯底部，即热电在Z向分离。电池集成时只需做好底部泄放空间的引导和固定即可，在电芯正极端完成电连接。

而上汽集团的“魔方”电池直接将电芯“躺着放，使得喷发口方向不再向上，改为侧向喷发。

此外，宁德时代NP2.0技术、中创新航TPP2.0技术也具有高压与烟气主动隔离、向下泄压的特点。

作为业界首个明确采用“热电分离”设计的电池系统，蜂巢能源“龙鳞甲电池”的一大亮点就是将防爆阀置于短刀电芯底部。单个电芯热失控可快速实现定向泄压，喷发物可按指定方向、通过最优的通道迅速排出，不会蔓延至周边电芯。

据悉，蜂巢能源早在设计第一代短刀电芯时，就已经革新了防爆阀位置设计，将其放在侧面。第二代短刀电芯将其改至底部，并设计了2个泄压阀的位置。

由此，龙鳞甲电池将底部泄压阀与两侧极柱完全物理隔离，实现了电芯高温泄压物与电气连接空间完全绝缘。

同时，龙鳞甲电池可提供上下双面冷却方案，使得=电芯大面积和冷却板接触，换热能力较一般水平提升70%。

审核编辑：刘清