12月20-22日，“第七屆動力電池應用國際峰會（CBIS2022）”在上海浦東召開。來自國內(nèi)整車、動力電池、材料、設(shè)備等產(chǎn)業(yè)鏈頭部企業(yè)和行業(yè)機構(gòu)，以及國外部分在華產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)代表匯聚于此，共同圍繞新發(fā)展格局下，產(chǎn)業(yè)鏈交付、供應鏈安全與保障、雙碳目標與全球化市場新格局、材料技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化應用等產(chǎn)業(yè)鏈核心議題進行深入交流探討。

在12月20日舉行的“新能源汽車的全球供應鏈變革”主題論壇上，上汽捷能高級總監(jiān)葛海龍先生發(fā)表題為《上汽魔方電池的安全設(shè)計開發(fā)》的演講。

以下為演講實錄：

大家下午好，我是來自上汽研究總院捷能公司的葛海龍，受組委會的邀請讓我來談一談上汽在熱蔓延這一塊的一些經(jīng)驗。

因為熱蔓延跟電池的電芯和集成是高度相關(guān)的，同時今天這個會場是關(guān)于電池產(chǎn)業(yè)鏈的討論，所以我想把這幾塊連接在一起。

我的分享內(nèi)部分為幾個部分：

第一個部分，上汽在整個電池產(chǎn)品開發(fā)上面的一些迭代過程。

第二個部分，電池安全考慮的一些維度。

第三個部分，被動安全開發(fā)，實際上是針對這個熱蔓延設(shè)計。

第四個部分，對產(chǎn)業(yè)鏈做一些展望，就是本人的一些看法。

上汽是從2009年就開始做電動汽車，開發(fā)的第一款電車是A00級的小車150，使用的是一款磷酸鐵鋰的電芯，整個電量大概在20度左右，車輛的續(xù)航里程在200公里左右。

到了2015年、2016年的時候，電動汽車開始發(fā)展起來，這個時候很多主機廠，尤其是傳統(tǒng)的主機廠做電動汽車的方式都是基于傳統(tǒng)車做油改電。我們當時的主要任務就是基于油車最大限度挖掘它的可用空間，來布置電池的電量。所以我們可以看到，當時每款電池基本上形狀都是不一樣的，可以說是為每輛車量身定制開發(fā)。

到了2018年的時候，電動汽車進入一個高速發(fā)展的階段，這個時候我們開始規(guī)劃專屬的電動汽車的架構(gòu)平臺，這個平臺覆蓋了從A級車到C級車，同時車型也有轎車、SUV、MPV，對電池電量的要求就非常多。

在這種場景下，我們原來為單車量身定制開發(fā)的模式已經(jīng)不適用了，我們必須要有一個平臺化的解決方案。同時，到了這個節(jié)點，因為電池的電芯技術(shù)在進步，以及市場的培育，用戶對續(xù)駛里程的要求是越來越高，對安全要求也越來越高。這就要求我們在電池開發(fā)過程中要提升效率、提升安全。在平臺化、集成效率和安全性這三方面的要求之下，就誕生了我們的魔方電池平臺。

我們整個電池開發(fā)過程就經(jīng)歷了單包應用開發(fā)到單包自主開發(fā)，再到平臺自主開發(fā)，整個的技術(shù)發(fā)展也是從一開始的標準模組，再到深度的CTB技術(shù)集成，整個過程轉(zhuǎn)化效率是越來越高。到目前為止，在量產(chǎn)的方形電芯里面，我們的集成效率應該是做的最好的。

我們整個魔方電池的產(chǎn)品矩陣應該是比較豐富的，既有覆蓋入門級的400、500公里的普通圖標電池的需求，也有滿足主流500、600公里，甚至是700、800公里的需求，我們對應的是綠標電池。還有我們正在開發(fā)的超長續(xù)航的，超過1000公里的叫金標電池。同時，這兩年因為800伏和快充技術(shù)比較熱，我們也在開發(fā)相關(guān)的產(chǎn)品，目前這個項目已經(jīng)進入到試樣階段，明年6月份就能量產(chǎn)，目前這個性能能達到充電5分鐘行駛200公里。

下面講一講電池的安全維度，因為電池的安全不僅是對于我們電池開發(fā)而言，還是對于用戶而言都是最重要的。隨著這兩年電動車進入一個高速的發(fā)展階段，整個電動車的保有量越來越高。隨著保有量的增大，也帶來了整個電池安全或者自燃事件的頻度越來越高，影響越來越大，這是某個媒體今年上半年公布的數(shù)據(jù)。僅今年上半年一季度，自燃的事件就有600多起。

我們對這些事故做了粗略的分析，得到一些粗略的結(jié)論。

第一個，大家講到這個電芯，首先想到磷酸鐵鋰比較安全，但是這個分析跟我們的認知可能稍微有點差別。因為當前電動車的保有量里面可能磷鐵數(shù)量是相對多的，這說明電芯的相對安全并不代表電池包安全或者是整車的安全，不能劃等號。

第二個，對車輛工況做了一些分析，發(fā)現(xiàn)靜止停放下發(fā)生自燃的概率比較高。說明電池在使用過程中，它的損傷是從量變到質(zhì)變的一個變化的過程，我們很難說單次不正當?shù)氖褂没蛘呤菫E用，會馬上對電池造成一個嚴重的損傷。

第三個，很多人可能擔心在這種高溫情況下，電池的安全性會不會差一點？實際上分析下來不是這樣的，這是因為現(xiàn)在的電池都有了很好的主動的冷卻系統(tǒng)，所以高溫和常溫并沒有很大的差別。

因為電池安全這么重要，所以各個國家都制定了相關(guān)的安全標準，具體的方法其實都差不多，就是通過針刺或者加熱的方式來觸發(fā)單顆電芯失控，最后看整包進入燃燒或者是熱失控之前，它能夠持續(xù)的時間。

具體的實驗方法也是嚴格定義了這種實驗的環(huán)境溫度，包括實驗室都有電池的電量。但是從橫向比較來看，美國它的標準是相當于最嚴格的，包括它的實驗室的溫度是55度，這個電量是要求100%的SOC，甚至時間也要求1個小時。對于我們中國的國標來說，目前是5分鐘，但是很快會提升至30分鐘，整個標準是向著一個越來越嚴的方向在發(fā)展。

從前面的分析我們可以看到，電池電芯的安全并不代表整個電池包的安全，電芯只是第一步。磷酸鐵鋰電芯，只是說在做集成的時候，它的難度相對低一點，我們需要從整個電池包全面地考慮這個安全問題。

我們要考慮在使用過程中可能會產(chǎn)生的一些過充過放，包括我們車輛在行駛過程中可能會產(chǎn)生的一些碰撞，甚至是涉水等等，為此我們要做一些主動防護。主要就是通過軟件方面的一些保護實驗安全，同時在硬件結(jié)構(gòu)上我們要非常魯棒性的結(jié)構(gòu)防護。

另外除了主動防護以外，我們?nèi)匀灰紤]萬一意外發(fā)生，某個電芯它就是觸發(fā)了，我們也要保證整個電池包不會進入一種失控的狀態(tài)。所以這里面還要考慮一個被動安全的防護，包括隔離、疏導，甚至是一些防火。所以我們可以看到整個電池的安全是一個全面的考慮，從電芯到系統(tǒng)，從主動到被動，從隔離到疏導。

整個電池行業(yè)安全方面最難的應該是全化學體系都能實現(xiàn)零熱失控。上汽的魔方電池做到了這一點。我們是如何做到的？就像前面所說的，我們采用的是全面的措施，濃縮成幾個字叫做：遇導臥隔疏，以“臥”字來講就是我們魔方電池采用的是一個躺式補助的方式，它能夠最大限度的減少相鄰兩顆電芯之間的傳染路徑。同時躺式布置，電芯的防過閥是朝向兩側(cè)的，能夠天然降低整個安全的傷害。

我們做過一些對比分析，使用同樣的電芯和防護材料的情況下，我們躺式布置的安全性是遠遠好于立式布置的電芯。

另外不得不說的是，我們前面也說了熱失控的標準是單個電芯觸發(fā)。我們魔方電池因為整個架構(gòu)上先天性的優(yōu)勢，我們可以實現(xiàn)在單包多個不同的位置同時進行針刺，也不會發(fā)生熱失控，這個我們相關(guān)的實驗也和其他的機構(gòu)一起合作完成了。

下面重點講一講被動安全開發(fā)，整個被動安全開發(fā)的體系其實從層級上講，我們針對特定特性的電芯，加上為它開發(fā)的隔熱和防火防護材料，再通過系統(tǒng)的集成，最后達到滿足我們設(shè)定的安全標準的電池系統(tǒng)。在每一個層級我們通過設(shè)計到仿真，再到測試，不斷的修整循環(huán)迭代。

在電芯層面我們通過電芯的測試，包括物理模型的推導，形成電芯的產(chǎn)熱模型熱失控的邊界和熱失控過程中它的一些參數(shù)和閾值。

在材料方面，我們具備從料片級到整包級這種篩選能力，我們通過和大部分供應商去合作，開發(fā)一些DOE實驗來衰減不同特性的材料所具備的性能，最后建立了一個豐富的數(shù)據(jù)庫。

在系統(tǒng)層面，就是要包括從機械、熱、電，以及氣整個方面的結(jié)構(gòu)防護，同時在設(shè)計過程中以這種失效分析模式為驅(qū)動，最后在整包級別實現(xiàn)一個仿真性能和整包測試的閉環(huán)。

所以我們整個體系就是這樣一個雙環(huán)驅(qū)動，同時在這個過程中不斷地累計數(shù)據(jù)，最后實現(xiàn)一個完全閉環(huán)和不斷迭代。因為有這樣一個流程，所以我們整個開發(fā)周期可以大幅縮短，同時我們安全可以做到非常高的水平。

下面講一個簡單的案例，就是我們在電池開發(fā)過程中，當單個電芯觸發(fā)的時候會產(chǎn)生這種噴發(fā)物，如果你沒有一個合理的通道進行疏散的話，它可能會在某些區(qū)域累積，從而讓相鄰的電芯失控。

我們在設(shè)計中，要考慮比較好的疏導，具體的做法就是我們在A樣之前，通過相似的電芯的測試，來獲取相應的參數(shù)，同時完成我們的設(shè)計。

在A樣的時候我們基于產(chǎn)品實際電芯的狀態(tài)做一些實驗，對排煙通道進行一些小系統(tǒng)級的驗證和仿真。隨后進入整包的測試環(huán)節(jié)，整包既包含了機械和電極整個制造過程的一些測試，所以在這個過程中我們會通過一些實驗結(jié)果再做一些分析和優(yōu)化，甚至做一些平衡，在性能和成本之間做些考量。最后，通過這些工作我們在C樣的時候就可以順利通過公告實驗。

最后講一講產(chǎn)業(yè)鏈的展望，通過前面的分析我們可以看出，整個標準是有收嚴的趨勢。從5分鐘到30分鐘絕對不是終點，往后1個小時，甚至是零熱失控肯定是大勢所趨。在這個過程中，尤其是隨著電池電芯能量密度的提升，對防火隔熱材料的要求也會越來越高，將會催生整個行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的大發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展趨勢我個人總結(jié)是幾個方面：

第一個，性能提升。原來這個材料都是單一的材料，它的性能是有局限的。因為電池在熱失控過程中是比較復雜的，既要有耐高溫的場景，也要有耐高的熱沖擊，所以單一材料很難滿足不同的需求。我們通過不同的材料去滿足不同的需求，最終把它復合在一起，會達到比較好的效果。

價格方面，隨著整個電動車的保有量越來越大，整個整車廠的壓力也是越來越高，所以也要求材料廠有一個下降。以我們E1到E2的發(fā)展為例，我們材料的性能提升了，但是對于單位電價下防護材料的成本下降了30%。

最后，集成友好性。因為一開始受材料的局限，整個材料的應用場景是比較局限的，所以隨著材料本身的突破和電芯技術(shù)的進步，電池應用場景會越來越多元化。在這種場景下，如果相關(guān)的材料供應商在提升性能的同時，能夠兼顧電池結(jié)構(gòu)件的一些結(jié)構(gòu)性能的要求，把它集成在一起，那么對于我們的成本、安裝和輕量化將是非常好的一個選擇。

謝謝大家！

（注：本文根據(jù)現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱，僅作為參考資料，請勿轉(zhuǎn)載?。?/strong>