長城汽車免費(fèi)開放大禹電池技術(shù)專利，有何考慮？

“永不起火，永不爆炸。”這樣的動(dòng)力電池技術(shù)值多少錢？在電動(dòng)化趨勢不可逆轉(zhuǎn)的今天，能夠防止車輛由于動(dòng)力電池的緣故而自燃，這樣的技術(shù)堪稱價(jià)值連城。但誰也沒有想到，長城汽車這一次把這樣的技術(shù)專利全面免費(fèi)開放，長城汽車動(dòng)力電池設(shè)計(jì)總監(jiān)曹永強(qiáng)表示：“我們希望可以和整個(gè)產(chǎn)業(yè)一起推進(jìn)動(dòng)力電池的技術(shù)進(jìn)步，為新能源汽車用戶提供更好的用車體驗(yàn)。”據(jù)悉，此次免費(fèi)開放專利的大禹電池技術(shù)將在2022年全面應(yīng)用于長城汽車旗下所有新能源系列車型，首先搭載此項(xiàng)技術(shù)的將是沙龍品牌旗下的第一款車型。

堵不如疏，這就是大禹電池技術(shù)的核心

中國已經(jīng)明確提出“力爭2030年碳達(dá)峰，2060年碳中和”的目標(biāo)，加之第三次能源革命從化石能源到可再生能源的轉(zhuǎn)型也正如火如荼，各大車企的新能源汽車戰(zhàn)略規(guī)劃均已啟動(dòng)，曹永強(qiáng)相信在未來的5到10年里新能源汽車的發(fā)展將迎來井噴階段。長城汽車在這個(gè)大潮中提出了2025年全球年銷量400萬臺(tái)的目標(biāo)，其中80％為新能源汽車，所以動(dòng)力電池的研發(fā)便成了重中之重。

盡管技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)幫助消費(fèi)者緩解了購車成本、續(xù)航里程、充電時(shí)間、熱失控安全與殘值問題的五大焦慮，但是電池安全問題直到今天仍然是制約電動(dòng)車發(fā)展的關(guān)鍵因素。長城汽車此次公布的大禹電池技術(shù)，用曹永強(qiáng)的表述來說是“突破性研發(fā)成果”，這是一種系統(tǒng)性的安全技術(shù)，內(nèi)部可以裝載多種化學(xué)體系的電芯，可以是三元鋰，也可以是鐵鋰或是其他體系，將其集成為一個(gè)系統(tǒng)性的電池安全技術(shù)，其核心便是“堵不如疏”四個(gè)字，可以將氣火流按照設(shè)計(jì)通道安全疏導(dǎo)出電池包外，從而保證動(dòng)力電池的安全。

在長城汽車的多次測試中，結(jié)果顯示動(dòng)力電池尤其是大容量的811高鎳電池其熱失控反應(yīng)非常劇烈，常規(guī)的做法是哪里熱失控就對(duì)哪里進(jìn)行隔離封堵，但是熱量較小的時(shí)候這種做法還可以生效，當(dāng)面對(duì)大容量高能量的電芯熱失控時(shí)也采用這種方法就會(huì)導(dǎo)致被收集起來的熱源對(duì)于最相鄰的模組做了快速的加熱，于是……Boom！

在經(jīng)過多次測試與計(jì)算之后，長城發(fā)現(xiàn)如果能夠把熱源按照既定的流量分配，讓熱流在滿足電池安全邊際的情況下疏導(dǎo)出去，會(huì)更有利于相鄰電池模組的安全，能夠更好地抑制熱失控的蔓延。于是便有了大禹電池技術(shù)的出現(xiàn)。

大禹電池的核心優(yōu)勢便是電芯化學(xué)體系全覆蓋，其次便是任意位置電芯、單個(gè)或多個(gè)電芯觸發(fā)熱失控的情況下都能實(shí)現(xiàn)不起火、不爆炸。從技術(shù)方案上來看，大禹電池有著8個(gè)全新的設(shè)計(jì)理念：熱源隔斷、雙向換流、熱流分配、定向排爆、高溫絕緣、自動(dòng)滅火、正壓阻氧與智能冷卻，目前已經(jīng)獲得了數(shù)十項(xiàng)核心技術(shù)專利。

曹永強(qiáng)介紹說，大禹電池技術(shù)通過熱流分配技術(shù)在整個(gè)電芯熱失控之后將熱流按照設(shè)計(jì)通道安全疏導(dǎo)出電池包。這一分配模式的建立，是通過大量的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，然后建立了一個(gè)電池包熱失控燃燒模型。通過這個(gè)模型將熱力學(xué)與流體力學(xué)進(jìn)行仿真，虛擬計(jì)算沖擊強(qiáng)度與壓力的變化。大禹電池的另一項(xiàng)核心技術(shù)便是定向排爆提醒，當(dāng)電芯發(fā)生熱失控之后，雙向換流便開始發(fā)揮作用，其后便是通過分流、導(dǎo)流與換流將火源快速地轉(zhuǎn)移至滅火通道排出電池包外，在這個(gè)過程中需要避免熱源的過分集中，定向排爆技術(shù)在此過程中可以將超過一千度的高溫氣體快速降溫至200度以內(nèi)，然后再將其進(jìn)行快速分散以使得排出電池包外的氣體溫度低于100攝氏度，從而避免對(duì)周遭的人與其他事物造成二次傷害。自動(dòng)滅火技術(shù)則可以避免三元電池?zé)崾Э刂笥捎陔姵匕獠康难鯕膺M(jìn)入而導(dǎo)致的爆裂式燃燒。其他幾項(xiàng)核心技術(shù)也同樣針對(duì)電池?zé)崾Э剡^程中的諸多環(huán)節(jié)做出了應(yīng)對(duì)，以確保熱失控最終可控。

大禹電池開創(chuàng)性地構(gòu)建了熱失控燃燒模型

一項(xiàng)好的技術(shù)背后除了研發(fā)團(tuán)隊(duì)的辛勤之外，一定還有著先進(jìn)的研究方法。大禹電池開創(chuàng)性地構(gòu)建了整包級(jí)的熱失控暗哨模型，實(shí)現(xiàn)了氣流與火流的多維度擬合仿真，填補(bǔ)了此前的行業(yè)空白。這也顛覆了熱失控領(lǐng)域多年來先開發(fā)再測試的傳統(tǒng)方式，實(shí)現(xiàn)了無實(shí)包條件下全數(shù)字熱失控的虛擬仿真。

此前行業(yè)內(nèi)的傳統(tǒng)模式都是在未知電池包最終性能的時(shí)候便加工、制樣、組裝，然后進(jìn)行多項(xiàng)測試，其缺點(diǎn)在于周期長、人員投入大，而且很難監(jiān)測到所有需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)。而長城汽車在大禹電池研發(fā)過程中搭建的這種模型，可以持續(xù)拓展熱失控仿真維度，提升氣流與火流的多工況模式擬合仿真真實(shí)度，還可以對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行多層次數(shù)據(jù)標(biāo)定，掌握電池的安全設(shè)計(jì)結(jié)果，從而縮短開發(fā)周期、降低風(fēng)險(xiǎn)。

在這個(gè)模型中，可以來驗(yàn)證氣流場流量的分配，可以清楚地獲知在熱失控的初期、中期與后期各自氧氣的含量，進(jìn)而得知其支撐燃燒的時(shí)長與烈度。同樣，這個(gè)模型可以通過對(duì)應(yīng)力場的仿真計(jì)算識(shí)別出每個(gè)零件需要承受的壓力數(shù)值，在其后的研發(fā)中根據(jù)壓力數(shù)值直接選型即可。至于溫度場的仿真計(jì)算則是模擬熱流與氣流的擬合過程，來判斷熱失控過程中的溫度在電池包中是如何擴(kuò)散的，便能夠根據(jù)其流量大小與熱量的強(qiáng)度進(jìn)行智能冷卻。

根據(jù)曹永強(qiáng)的介紹，通過這個(gè)模型的計(jì)算，目前所有的熱失控參數(shù)都已經(jīng)被工程師們數(shù)字化了，通過將其與整車策略的繼承，便可以首先做到防患于未然，其次可以在熱失控發(fā)生時(shí)通過熱傳導(dǎo)抑制溫度在電池包內(nèi)的擴(kuò)散，進(jìn)而以其他設(shè)計(jì)達(dá)到最大限度的安全。這種模型的建立，在動(dòng)力電池行業(yè)內(nèi)都是領(lǐng)先且具備突破性的，對(duì)于其他電池廠商而言也有著極為重要的參考價(jià)值。

技術(shù)好不好，誰說了算？

如果一項(xiàng)技術(shù)只有自己說好，那就是王婆賣瓜自賣自夸。想讓大家都承認(rèn)是真的好，那只有用公開的嚴(yán)苛測試來說明一切。

大禹電池采用的測試標(biāo)準(zhǔn)為GB 38031－2020《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》，進(jìn)行了行業(yè)內(nèi)最為嚴(yán)苛的測試驗(yàn)證。首先，大禹電池在測試中選用的是行業(yè)內(nèi)公認(rèn)最具挑戰(zhàn)性的三元811體系高鎳大容量電芯，電池的容量越大，爆發(fā)的能量越高。對(duì)于三元811體系電芯而言，雖然針刺與加熱的劇烈程度相當(dāng)，但是加熱產(chǎn)生的大量熱源要比針刺嚴(yán)苛得多，所以大禹電池在這次測試中選擇了加熱觸發(fā)的形式。同時(shí)，本次測試的觸發(fā)位置選擇了模組的中間電芯，并采用了全球最為嚴(yán)苛的兩個(gè)電芯連續(xù)觸發(fā)的測試方式，難度被進(jìn)一步加強(qiáng)。

在測試的過程中，連續(xù)三次發(fā)生了多個(gè)電芯集聚觸發(fā)熱失控，溫度最高達(dá)到了1037攝氏度，電池包內(nèi)氣壓也達(dá)到了三次峰值，瞬間最高氣壓約為16kPa，大禹電池通過尾部滅火盒的設(shè)計(jì)將外溢煙霧最高溫度控制在了100攝氏度以下，避免了對(duì)周遭人與物的二次傷害。

在通過了如此嚴(yán)苛的測試之后，曹永強(qiáng)終于可以和長城汽車一道表示大禹電池技術(shù)真的很過硬了。但是出人意料的是，此次長城汽車選擇將大禹電池的所有專利免費(fèi)開放，曹永強(qiáng)表示：“這是長城汽車通過對(duì)新能源技術(shù)做出貢獻(xiàn)來推動(dòng)碳中和與人類可持續(xù)發(fā)展作出的努力之一，與大禹電池相關(guān)的更多專利也將陸續(xù)發(fā)布。”

寫在最后

上一次，將本可以成為企業(yè)聚寶盆的核心技術(shù)免費(fèi)公布的車企叫做沃爾沃，那項(xiàng)技術(shù)便是在交通事故中拯救了無數(shù)人的三點(diǎn)式安全帶。你還記得嗎？                          

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