比亚迪刀片电池针刺实验详解

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“‘刀片电池’施展了比亚迪彻底终结新能源汽车安然痛点的决心，更有能力将引领全球动力电池手艺路线重回正道，把‘自燃’这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。”3月29日，在比亚迪“刀片电池”发布会上，比亚迪股份有限公司董事长兼总裁王传福作出如上表述。 [本文来自：www.11jj.com]

以下就是比亚迪刀片电池的针刺测试

1、试验样品和针刺试验介绍

 即将应用在比亚迪汉车型上的刀片型磷酸铁锂电池（下称“刀片电池”），经由无模组电池成组体式，提升了电池包的整体能量密度，进一步延迟了车辆续航里程，在续航里程上追近了采用三元锂离子电池的主流车型。加上今朝基于磷酸铁锂电池的刀片电池在安然性和抗容量衰减特征上对比三元锂离子电池更有优势，使其从新获得乘用车消费者的关注。比来比亚迪电池实验室对刀片电池进行了严酷的针刺试验，作为对比，现场也对通俗磷酸铁锂和三元锂离子电池样品进行了同样的试验。下面就让我们来看看这三种电池被钢针刺穿后会发生什么？

● 热失控与针刺试验

虽然美国国度公路交通安然治理局研究认为，电动汽车起火概率要低于柴油和汽油带动机车辆，我国消防应急治理部门也表达了相同概念，但往往展现纯电动车自燃的新闻时却老是能博取到人们的关注。凭证新能源汽车国度大数据联盟数据浮现，去年5月以来展现事变的车辆，以2018年生产的车为主。个中，事变车辆86%为三元锂离子电池，7%为磷酸铁锂电池，7%不确定。而与电池相关的自燃事变大多与电芯热失控亲切相关。

那么什么是热失控呢？电池的热失控是指电池内部化学回响的产热速度远高于散热速度，大量热量在电池内部储蓄导致电池温度赶紧上升，最终引起电池起火或爆炸。

最新的强制性国标相较于2015版本有光鲜的改变，除了对2015版国标的已有项目进行修订外，还作废了模组级别安然试验、电芯针刺试验、电芯跌落试验、电芯低气压试验、电芯海水浸泡试验、电池包跌落试验以及电池包翻转试验，增加了电池包的热扩散试验和过流珍爱试验。在执行层面，因为新国标尚未正式履行，今朝企业可以选择性执行新国标规定的过充和热扩散试验，2015版国标强制要求的针刺试验现在也作为可选项目由企业选择性执行。

● 试验样品有哪些？

此次针刺试验除了有比亚迪最新的刀片电池外，作为对比，我们也找来通俗磷酸铁锂电池、NCM622三元锂离子电池（正极材估中的镍钴锰三种成分的比例为6:2:2）进行试验。我们要看看这三种电池在严酷的针刺试验下，都有若何的示意。

此次针刺试验的电池样品都是比亚迪生产的车用动力电池电芯，电芯单体容量都在100Ah以上。从上图可以看出，通俗磷酸铁锂电池和NCM622三元锂离子电池在外形和组织设计上没有太大的区别；刀片电池则与上述两者区别光鲜，其正负极拜别安置在电池长度倾向的两头。

● 刀片电池是什么黑科技？

既然今天针刺试验的主角是刀片电池，首先我们就要对它有个简略的熟悉，事实比亚迪的刀片电池是一样怎么样的器材？它在手艺上有若何的提高性呢？下面我就来给人人科普一下。

凭证此前发布的新闻，汉纯电动版车型将会搭载重量为549kg、容量为77kWh的电池包。按照刀片电池单体参数来简练推算一下，该电池包内将集成跨越200个刀片电池单体。

比亚迪经由CTP设计把电池包壳体内部的空间行使率由传统设计体式的40-50%提升至60-80%。设计的更新换代带来的直接长处就是在采用原有磷酸铁锂电池手艺的前提下较大地提升纯电动车的续航里程。上面临刀片电池进行了简练的科普，更具体的手艺解析可参看下面这篇文章的相关介绍。

● 针刺实验是怎么做的？

按照GB/T 31485-2015的针刺试验体式，将电池布满电，用直径为5-8mm的耐高温钢针（此次试验采用5mm直径的钢针），以（25±5）mm/s的速度，从垂直于电池极板的倾向贯穿，贯穿位置宜接近所刺面的几许中心，钢针停留在电池中，视察1小时，不起火、不爆炸才算合格。

单个电池热失控时，其外壳温度越高，电池间的热扩散会越迅速，这意味着临近的电池也会更快地升温而接踵触发烧失控，导致电池包的安然系数下降。实验中的鸡蛋若是很快地被煎熟，诠释电池在受到针刺时展现光鲜的热失控导致电池温度急剧上升。

2、试验事实解析

● 实验事实事实咋样？

此次针刺试验是在比亚迪的电池实验室内进行的，因为实验室保密和安然原因，我们不克拍摄电池针刺的过程，所以经由官方采用实验室专用的监控摄像头拍摄的视频进行讲解。

◆ 三元锂离子电池

首先，我们要做的是NCM622三元锂离子电池的针刺试验，这相信也是各位观众老爷们最为关心的环节，因为今朝国内很大一部门纯电动车采用的就是三元锂离子电池。对三元锂离子电池有必然熟悉的同伙应该会知道，车用的三元锂离子电池是对照难经由针刺试验的，只要针刺触发了内部短路，电池便会立时发生热失控，下面我们用试验来看看三元锂离子电池在针刺试验中事实会有若何的回响？

从实验现象我们可以熟悉到，当钢针刺穿电池导致三元锂离子电池内部短路后，极高的升温速度会使三元正极材料快速达到200摄氏度摆布的分化温度，三元正极材料高速分化发生大量的游离态氧，这些游离态氧会进一步增加各类化学回响的产热量，提高电池内部升温速度，同时也使电池内部压力迅速上升。迅速攀升的电池内部压力很快推开了泄压阀，内部高压电解液喷薄而出，外部空气此时进入到电池内部，新颖的空气+极高的温度+残留在电池内部的可燃电解液，爆炸起火便剑拔弩张。

◆ 通俗磷酸铁锂电池

接下来我们换通俗磷酸铁锂电池上场。钢针从电池中央穿透其内部极板。在钢针穿透电池后，电池电压起头下降，电池外壳有必然水平的鼓胀，浮现内部短路导致电池内部压力迅速上升，随后泄压阀打开，电池内部高压电解液喷出，之后电压迅速下降的同时，电池外壳温度迅速攀升，最高达到239摄氏度。跟着电池内容物经由泄压阀悉数喷出，电池外壳温度起头慢慢回落直至视察期结束。打在穿孔位置周围的鸡蛋已被高温壳体煎熟了，表明试验过程中电池外壳温度较高。

磷酸铁锂电池热失控回响之所以没有三元锂离子电池凶猛，首如果因为其正极材料分化温度在500摄氏度以上，热失控温度对比三元锂离子电池更高，其热失控风险相对较低。此外，磷酸铁锂电池正极分化（触发烧失控的一个主因）时发生的氧气量较少，限制了电池内部压力增加（限制了电池外壳鼓涨）及温度升高，这一方面能够避免电池内部压力过大发生爆炸，另一方面也必然水平地限制了易燃电解液发生燃烧的或许性。磷酸铁锂在热失控测试中，其升温速度对比三元锂离子电池要低得多，这也是其安然系数较高的首要特征之一。

从实验现象我们可以看出，行使针刺来触发通俗磷酸铁锂电池内部短路会导致其发生热失控。通俗磷酸铁锂电池热失控后会导致电池内部温度和压力迅速上升，导致电池外壳发生必然水平鼓胀并触发泄压阀打开（泄压阀开启时陪同着必然的声响，但这并非爆炸）。虽然视频的究竟看上去很惊险，但在整个试验过程中，电池没有发生起火和爆炸，安然性照样值得必然的。值得一提的是，泄压阀是一种热失控珍爱法子，它在本次试验中热失控发生时适时打开，证实这种法子是行之有效的。

◆ 刀片电池

我们最后测试的是刀片电池。钢针从刀片电池中央穿透其极板后，电池电压下降和外观温度上升都非常稍微，穿刺位置没有火花、烟雾或电解液喷出，电池壳体也没有展现鼓胀。穿刺后的一小时内，被穿刺刀片电池的电压和外观温度都非常不乱，打在穿孔位置周围的鸡蛋没有任何要被煎熟的趋势。

看到这里，或许有些买了搭载三元锂离子电池纯电动车的同伙起头坐不住了，是不是要换一台搭载磷酸铁锂电池的车型更安然呢？且慢，上述试验是电池单体的零部件安然试验，虽然三元锂离子电池单体安然系数较低，但经由电池包组织设计优化以及电池治理系统的严峻监控，是能够提升该类型电池在电池包级其余安然系数的，请各位持续往下看。

● 若何保证搭载三元锂离子电池车辆的使用安然

从车辆使用安然的角度出发，新国标新增了热扩散试验，要求电池包或电池单体发生热失控引起热扩散，进而导致乘员舱发生危险之前5分钟，为乘员供给一个预先警告旗子，提醒乘员疏散。热扩散试验的目的就是为了提升电动车在使用层面的安然性，保证使用者的人身安然。

有同伙会问，都热失控了才报警，这还来得及吗？要回覆这个问题，我们就要先来熟悉一下电池包的组织。电动车电池包内部是罕见十到数千个不等的电池单体组成的，个中一个电池单体发生热失控一般是不会马上触发临近电池单体的热失控。所以电池包要真的燃烧起来，达到损害人身安然的水平，其实是有一个过程的。三元锂离子电池虽然热失控安然系数相对较低，然则经由电池单体泄压阀设计，在电池单体间增加隔热绝缘材料是能够有效阻止热扩散，可减慢或许避免其他电池单体发生热失控，延迟乘员逃生时间的。

因为针刺并非常规的电池失效模式，电动车在平时使用中，其电池包或电池单体极难碰着被针刺的景遇。而在严重碰撞事变中导致电池单体变形从而激发烧失控则是较为常见的失效模式，经由增加电池包及周边珍爱组织的强度，能够较好地避免电池单体因受压变形而触发烧失控。

总而言之，搭载在今朝量产车型上的三元锂离子电池虽然其单体安然系数较低，但经由电池包和电池治理系统的优化设计是能够提升这种电池手艺在使用层面上的安然性的，今朝国标的底细要求照样对照严峻的，所以消费者无需谈三元锂离子电池色变。

就今朝国内的手艺水平来看，安然指标必然水平限制了三元锂离子电池包整体能量密度的进一步提升，而较低的单体能量密度则限制着磷酸铁锂电池或刀片电池包整体能量密度的提升。对比起来，磷酸铁锂电池或刀片电池包在未来几年经由电池手艺优化以及采用无模组电池包设计优化，电池包整体能量密度的提升空间较大，或能追平受到安然指标制约的三元锂离子电池包。

● 编纂总结：

三元锂离子电池单体的热失控安然系数较低，但经由增加电池包壳体的强度，完美电池治理系统对热失控的检测和提前预警机制，行使隔热绝缘材料降低热扩散速度等都能有效地增加电池包的整体安然系数，以知足国标对车用动力电池的安然性要求，提升其使用层面的安然性。磷酸铁锂电池/刀片电池能量密度相对较低，但其热失控安然系数比三元锂离子电池高不少，这有利于使用无模组设计来进一步提升电池包整体能量密度，增加电动车的续航里程，从而在安然性和续航上实现更好的平衡。

图/文/摄/汽车之家：常庆林

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