2020 年全球新能源汽车销量达 331.1 万辆，其中，我国的新能源汽车销量已达 136.7 万辆。2019 年工信部发布的《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》中表示，到 2025 年新能源汽车的销量占比将达到 25%。而去年年中，中国汽车流通协会新能源分会秘书长章弘在采访中表示：「2019 年我国汽车销量为 2,576.9 万辆，按照 2% 的年复合增长率计算，2025 年中国汽车市场的新车销量将达到 3,228 万辆，对应的新能源车销量为 807 万辆」。800 万，这数字多让人着迷啊。
伴随着一路高歌猛进的新能源汽车销量，动力电池企业的市值也在投资者狂热的助推下屡创新高，行业内外，一片欣欣向荣的景象。但我们也要看到，因为动力电池安全问题、辅助/自动驾驶问题造成的事故也越来越多地出现在我们的视野中。
经统计，2020 年我国共针对新能源汽车的召回有 31 次，涉及汽车 9.41 万辆，而这其中主要是因为新能源汽车的动力电池。
今天，我们就着长城汽车的大禹电池，来聊聊动力电池的安全问题。
动力电池就想「火」
不知道是不是媒体的故意放大，我们经常能看到新能源汽车燃烧的画面，有的是碰撞引发的，有的是静置就自燃了，就连我每次看，都觉得这燃烧爆炸的画面，堪比电影大片啊。
在剔除与燃油车同样的事故成因，我们恐惧的就只剩这个燃烧猛烈，还会爆炸的「电池炸药包」了。我身边很多长辈，就是因为电池安全问题，对纯电驱动的新能源汽车永远嗤之以鼻。
实话讲，要是给几年前的我看这种视频，然后指鹿为马跟我讲，你看新能源车多不安全啊，你可别买，那我的头点得肯定跟捣蒜似的。
但本着求真务实的态度，我就带大家看看动力电池到底是因为啥不安全。
从本质上来讲，这主要电池的「热失控」导致的。这个热失控指的是，不正常的电池升温升压，当放热副反应的产热速率高于动力电池的散热速率时，电池内压及温度急剧上升，进入无法控制的自加温状态，如果不加以控制，进而会导致电池燃烧。而造成这个现象的原因分为两类：短路与过充。它们又分为多种具体因素诱发，这里我就不展开讲了，大家可以看图。
在武汉大学教授艾新平分析中，锂离子动力电池除了正常的充放电反应外，还存在很多潜在的放热副反应。当电池本身的温度或者在充电过程中电压过高时，就很容易放热副反应。主要的过热副反应包括：
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SEI 膜在温度高于 130 ℃ 时分解，使电解液在裸露的高活性碳负极表面大量还原分解放热，导致电池温度升高，这是引发电池热失控的根本原因；
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充电态正极的热分解放热，及进一步由活性氧引发的电解液分解，加剧了电池内部的热量积累，促进了热失控；
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电解质热分解导致电解液分解放热，加快了电池温升；
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粘结剂与高活性负极的反应。LixC6（锂基负极材料）与 PVDF（聚偏氟乙烯）反应的起始温度约为 240℃，峰值 290℃，反应热为 1,500 J/g。
可以看到这其中主要的过充副反应为有机电解液氧化分解，会产生有机小分子气体，进而导致电池内压增大，温度升高。可以说除了我们常见的由于碰撞导致电池热失控，就算是动力电池乖乖待在原地，它心里头倒是时时刻刻都想着「火」起来。
动力电池一般是「先烧后炸」
这里插入一个陈年旧事，大家应该还记得 2016 年的「三星电池门」吧，采用三星 SDI 电池的旗舰机型 Galaxy Note 7 频繁爆炸，甚至被「禁飞」。大家要仔细看我的用词，我说的是「爆炸」，这是因为当时的手机锂离子电池，并没有安全阀，或者安全阀不敏感，所以是「先炸后烧」。
让我们回忆一下，我们看过的电动车事故视频，大部分是清一色的「先冒烟后烧再炸」这个流程。因为动力电池的安全阀，工作相对及时，在电池异常升温，压力过高时会开启安全阀，排出高温高压的混合气。
这个有点扯远了，我们绕回来。不管是什么原因导致的电池热失控，主要的解决方案，都是对热失控造成的影响进行控制与减弱。
怎么让电池不「火」
知道了电池为什么老想着「火」，我们就有各种路径让动力电池变得更安全。艾新平教授强调「要根本解决，要研究防短路、防过充、防热失控、防燃烧及不燃性电解液的新技术，建立电池自激发安全保护机制」。
具体来说，可以从电芯本身的设计制造、PTC 限流装置、压力安全阀、热封闭隔膜来提高电池整体的热稳定性。而现在的电动车为了追求更长的续航，会将整个电池的能量密度堆大，塞进更多的电芯，这会导致热量积蓄增多，需要更有效的散热方案，否则就会引发安全问题。
如何让电池「老实」起来，各个车企的技术方案路径，大多是大同小异的，基本是将电芯（热源）本身，通过各种加强设计，锁死在「小单间」里头，比如前几天岚图便发布了「琥珀」和「云母」电池管理系统，用的就是「堵」的逻辑，我的同事曾在《我去了趟碰撞测试，但这次并没有车》一文中进行介绍。
而这次我看到长城的「大禹电池」，名如其功，就是采用大禹治水同款的「疏导」思路，对热源进行引导，从而达到有效的热控制。这里两种技术路线没有好坏之分，只要能最终保证电池的安全，都是能抓老鼠的好猫。
长城汽车动力电池设计总监曹永强表示：
（大禹电池）该技术以「禹治水，堵不如疏」为理念，「变堵为疏」，采用「控 + 导 = 通」的核心技术原理。
大禹电池就是兼容不同化学体系电芯和不同电池包规格的系统安全集成技术。除了使用在能量密度可突破 190 Wh/kg 的 NCM（镍钴锰）811 三元锂电池外，还兼容未来随着镍含量提高电池能量密度更高的三元锂电池，以及三元锂电池体系的 NCA（镍钴铝）电芯、无钴电芯，甚至还有磷酸铁锂电池。同时，大禹电池技术还可搭配不同的 pack 应用，满足未来 CTC（Cell to Chassis）方案。
当然，我们这次关注的重点，是官方介绍的，可实现「任意位置电芯」 、「单个或多个电芯」触发热失控的情况下都不起火、不爆炸。
为了实现上述目标，大禹电池进行了 8 个项目设计理念的革新：热源隔断、双向换流、热流分配、定向排爆、高温绝缘、自动灭火、正压阻氧、智能冷却。
热源隔断
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电芯防护：电芯间采用全新开发的双层复合材料，可以隔离热源，耐受火焰冲击，对传统气凝胶不耐冲击的痛点进行了解决。而针对不同化学体系电芯循环膨胀特性不同，设计的双层复合材料，还可以解决电芯膨胀对物理空间的需求。
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模组防护：模组间采用高温绝热复合材料，可阻止火焰冲击和长时间传热传导。防护罩设计定向排爆出口，能快速将模组内部高温气火流排出，避免模组内部的热蔓延。
双向换流
热失控过程中会产生大量高温、高压气火流，通过对多种类换流通道设计方案仿真模拟，实现换流强度和比例的精准化设计，来控制热源按预定轨迹流动，减少对相邻模组的热冲击，避免再次引燃。
热流分配
通过搭建燃烧模型、热力学与流体力学拟合仿真、冲击强度和压力计算等虚拟技术应用，可实现气火流在不同结构通道内的均匀分布。
定向排爆
这是大禹电池的技术核心，通过分流、导流、换流将火源快速引导至灭火通道并安全排出。在直播中，曹永强称，排出车体外的温度最终会降至 100℃ 以下，并设置了专有排出通道，不会让人在车体旁发生接触。
目前长城已经攻克了通道内压力和流量均匀化调节的难点，消除了热量集中，使气火流在通道内分层均匀流动。
高温绝缘
为消除热失控过程中的高温对铜排线束造成绝缘损伤，防止高压起弧损伤金属箱体，对高压连接及高压安全区域进行高温绝缘防护设计。
自动灭火
在定向排爆出口设置多层不对称蜂窝状结构，实现火焰快速抑制和冷却，并通过多点化、均布化、小型化设计，有效减小体积、降低重量，提升降温效果。
正压阻氧
根据蜂窝孔径及单位气体质量流量，保持包内压力始终高于包外，避免因氧气进入导致二次燃烧。
智能冷却
根据官方的表述，当电池管理系统识别到电芯已触发热失控，通过BMS和云端双重监 控，确保整车快速开启冷却系统。单张大冷板与箱体集成的设计方案，可以有效避免管路因高温导致的泄漏和爆裂问题，并且根据电芯和模组热失控温度状态，智能调节冷却系统的开闭时间、流速、流量等，实现不同热失控条件下的冷却策略。
大禹电池测试成绩如何？
当然了，介绍完大禹电池这么多技术创新，还是要看具体的表现的。依据测试标准：GB 38031-2020 《电动汽车用动力蓄电池安全要求》，测试过程中连续发生三次多个电芯集聚触发热失控，电池包内气压达到三次高峰，温度最高达到 1,037°C，瞬间最高气压约 16 kPa，通过尾部灭火盒设计将外溢烟雾最高温度控制在 100°C 以下，避免人、物的二次伤害。整个测试中，确实没有起火与爆炸。
这次测试之所以选取了三元 811 电池进行了测试，是因为 NCM（镍钴锰）三元 811 是目前国内量产动力电池中，能量密度最高的一类，安全性上颇具争议。而加热的测试的方式，也比针刺产生的热源更多，并且直接从两个中间电芯部位开始加热，可以同时触发两个电芯热失控。总的来说，就是上了更严苛的测试条件。
写在最后
长城在产业端、技术端的布局都很广，对于我们今天电池部分，长城成立了蜂巢能源，专门针对三元、铁锂、无钴多化学体系电芯、模组、pack、BMS 进行技术开发。甚至还收购了上游原料供应商，澳大利亚锂矿企业股份，以获得锂矿资源。
大禹电池技术的出现，进一步对电池安全集成技术方面进行了加强，基本打通了从电池研发生产到电池上车销售，一条完整的流程，可以从不同维度提升电池安全。
当然了，测试成绩，仅仅代表着这项技术在标准化的测试条件下能有如何的表现，对于消费者来说是一个比较具有参考意义的内容。而这项技术要等到 2022 年，才会对长城汽车旗下新能源系列车型开启全面应用，会率先搭载在沙龙品牌的第一款车型上。
据消息称，目前已经初步完成设计，将在 12 月份将开展全面测试，预计将在 2022 年 6 月上市。得，那我们就期待一下明年上市的沙龙新车吧。
