CBIS2022 | 上汽捷能葛海龙：上汽魔方电池的安全设计开发

12月20日-22日，第七届动力电池应用国际峰会(CBIS2022)在上海浦东举行。来自国内整车、动力电池、材料设备等产业链头部企业和行业组织代表，以及部分国外在华产业链企业齐聚于此，就产业链交付、供应链安全保障、双碳目标与全球市场新格局、材料技术突破与产业应用等新发展格局下的产业链核心问题进行深入交流和探讨。

在12月20日举行的“新能源汽车全球供应链变革”主题论坛上，SAIC捷能高级总监葛海龙先生发表了题为“SAIC魔方电池的安全设计与开发”的演讲。

以下为演讲实录:

各位下午好。我是SAIC研究所洁能公司的葛海龙。应组委会邀请，我来谈谈SAIC在热传播方面的一些经验。

因为散热与电池核心和集成度高度相关，而今天的会议是关于电池产业链的讨论，我想把这几块连起来。

我的分享分为几个部分:

第一部分，SAIC在整个电池产品开发中的一些迭代过程。

第二部分，电池安全考虑的几个维度。

第三部分，被动安全开发，其实就是针对这种热扩散而设计的。

第四部分，对产业链做一些展望，是我的一些看法。

自2009年以来，SAIC一直在制造电动汽车。开发的第一辆有轨电车是A00级车150，使用磷酸亚铁锂电池。整个电池20度左右，车辆续航里程200公里左右。

2015、2016年，电动车开始发展。这个时候很多主机厂，尤其是传统主机厂，在传统车的基础上做电动车。我们当时的主要任务是在运油车的基础上最大限度地利用其可用空间来安排电池容量。所以我们可以看到，在那个时候，每块电池的形状基本都不一样，可以说是为每辆车量身定做的。

到2018年，电动汽车已经进入快速发展阶段。这个时候开始规划电动车专属架构平台，涵盖了从A级车到C级车，还有轿车、SUV、MPV，都需要大量的电池电量。

在这种场景下，我们原来为自行车量身定制的模式已经不适用了，必须要有一个基于平台的解决方案。同时，在这个节点上，因为电芯技术的进步和市场的培育，用户对续驶里程和安全性的要求越来越高。这就要求我们在电池研发过程中提高效率和安全性。在平台化、整合效率、安全性的要求下，我们的魔方电池平台诞生了。

我们整个电池开发过程经历了单封装应用开发到单封装独立开发，再到平立开发。整个技术发展也是从最初的标准模块到深度的CTB技术集成，整个流程转换效率越来越高。到目前为止，我们的集成效率应该是量产方形电池中最好的。

我们整个魔方电池的产品矩阵应该是比较丰富的，既涵盖了入门级400、500公里的普通图标电池的需求，也涵盖了主流500、600公里，甚至700、800公里的需求。我们对应的是绿标电池。还有我们正在研发的超长电池，续航超过1000公里。同时，这两年因为800伏和快充技术火热，我们也在研发相关产品。目前这个项目已经进入样片阶段，将于明年6月量产。目前这个性能充电5分钟可以达到200公里。

先说电池的安全维度，因为电池的安全不仅对我们的电池研发最重要，对用户也是最重要的。随着近两年电动汽车的快速发展，电动汽车的总量越来越高。随着保有量的增加，整个电池安全或自燃的频率和影响……风口越来越高，这是今年上半年某媒体公布的数据。仅今年上半年，就发生了600多起自燃事件。

我们对这些事故进行了粗略的分析，得出了一些粗略的结论。

第一，当我们谈到这款电池时，首先想到的是磷酸亚铁锂更安全，但这个分析可能与我们的认知略有出入。因为目前的电动车数量中可能存在相对较多的磷和铁，这说明电池的相对安全并不意味着电池组的安全或者整车的安全，不能划等号。

其次，经过对车辆工况的一些分析，发现静态停车情况下自燃的概率比较高。说明电池的损坏是一个从量变到质变的过程。很难说单一的使用不当或滥用会立即对电池造成严重损害。

第三，很多人可能会担心，在这种高温下，电池的安全性会变差。其实并不是这样的，因为现在的电池都有很好的主动冷却系统，所以高温和常温并没有太大的区别。

因为电池安全如此重要，所以各国都制定了相关的安全标准，具体方法其实也差不多，就是通过针刺或者加热来触发单个电池失控，最后看它能坚持多久，整个封装才进入燃烧或者热失控。

具体的实验方法也严格定义了这个实验的环境温度，包括实验室的电池量。但是从横向对比来看，它在美国的标准是最严格的，包括它的实验室温度是55度，要求100% SOC，哪怕是一个小时。对于我们中国的国标来说，目前是5分钟，但是很快就会上升到30分钟，整个标准在向越来越严格的方向发展。

从前面的分析可以看出，电芯的安全不代表整个电池组的安全，电芯只是第一步。磷酸铁锂电池只是意味着集成难度相对较小，所以我们需要从整个电池组综合考虑这个安全问题。

我们要考虑使用过程中可能出现的一些过充过放，包括我们车辆行驶过程中可能出现的一些碰撞，甚至涉水等等。所以要做一些积极的保护。主要是通过一些软件来保护实验的安全，同时在硬件结构上需要非常健壮的结构保护。

除了主动保护，我们还要考虑万一发生意外，一块电池会触发，我们还要保证整个电池组不会进入失控状态。所以也要考虑一个被动的，安全的保护，包括隔离，分流，甚至一些防火。所以我们可以看到整个电池的安全性是一个综合的考虑，从电池到系统，从主动到被动，从隔离到梳理。

整个电池行业的安全最难的应该是所有的化学体系都能做到零热失控。SAIC的魔方电池做到了这一点。我们是怎么做到的？前面说了，我们采取了综合措施，浓缩成几个字:遇导，卧倒，分离。在“躺”字方面，我们的魔方电池采用了躺补贴的方式，可以最大限度的减少相邻两块电池之间的感染途径。同时卧位布置，电芯的防溢阀面向两侧，自然可以减少整体的安全伤害。

我们做了一些对比分析，在使用相同电池和防护材料的情况下，我们横卧布局的安全性远远优于竖置布局的电池。

另外，我们不得不说，热失控的标准是由单个电池触发的。我们的魔方电池，因为整体结构上的先天优势，可以在单个封装内同时实现多个不同位置的针刺，不会热失控。这一相关实验也是与其他机构合作完成的。

让我们把重点放在被动安全开发上。实际上，整个非能动安全发展体系是分层次的。我们瞄准具有特定特性的电池，a……为他们开发的隔热防火材料，最终通过系统集成实现符合我们设定的安全标准的电池系统。在每一层，我们都要经历设计、模拟和测试，并不断修改和迭代。

在电池层面，我们对电池进行测试，包括物理模型的推导，形成电池发热模型的热失控边界以及热失控过程中的一些参数和阈值。

材料方面，我们有从板材级到整包级的筛选能力。我们与大多数供应商合作开发了一些DOE实验，对不同特性的材料进行属性衰减，最终建立了丰富的数据库。

在系统层面，需要从机械、热、电气、气动等方面纳入结构防护，同时在设计过程中以这种失效分析模式为驱动，最终在全封装层面实现仿真性能和全封装测试的闭环。

所以我们整个系统就是这样的双环驱动，同时在这个过程中不断积累数据，最终实现一个完整的闭环，不断迭代。因为这个过程，我们的整个开发周期可以大大缩短，同时我们的安全性也可以做到很高的水平。

先说一个简单的案例，就是在电池发展过程中，单个细胞被触发，就会产生这种喷发。如果你没有一个合理的通道来疏散，它可能会在某些区域积累，从而使相邻的细胞失去控制。

在我们的设计中，我们应该考虑更好的引导。具体的做法是，我们可以通过样品A之前的同类电池的测试，得到相应的参数，同时完成我们的设计。

在样本A中，我们基于产品的实际电池状态做了一些实验，在一个小的系统层面上验证和模拟了排烟通道。然后进入全封装测试，包括机械和电极整个制造工艺的一些测试，所以在这个过程中，我们会通过一些实验结果做一些分析和优化，甚至做一些平衡，在性能和成本之间做一些考虑。最后，通过这些作品，我们可以顺利通过c时的宣告实验。

最后说一下产业链的前景。从前面的分析可以看出，整个标准在收紧。5分钟到30分钟绝对不是终点，接下来的一个小时，甚至是零热度失控，绝对是大势所趋。在这个过程中，特别是随着电芯能量密度的提高，对防火隔热材料的要求会越来越高，这将推动整个产业链的大发展。

我个人把产业链的发展趋势总结为几个方面:

第一，性能提升。原来这种材料是单一材料，性能有限。由于电池在热失控过程中比较复杂，需要同时具备耐高温和高抗热震性能，单一材料很难满足不同需求。我们用不同的材料来满足不同的需求，最后复合在一起，会达到更好的效果。

价格方面，随着电动车越来越多，整个汽车厂的压力越来越高，所以也要求材料厂下降。以E1到E2的开发为例，我们的材料性能有所提升，但防护材料的成本在单位电价下下降了30%。

最后，融入友善。因为一开始材料的限制，整个材料的应用场景相对有限，所以随着材料本身的突破和电池技术的进步，电池的应用场景会越来越多样化。在这种场景下，如果相关材料供应商能够在提高电池结构件性能的同时，考虑到电池结构件的一些结构性能要求，对于我们的成本、安装和轻量化将是一个非常好的选择。

谢谢大家！

(注:本文根据现场速记整理，未经主讲人审核。仅供参考。请勿转载！)12月20日-22日，第七届动力电池应用国际峰会(CBIS2022)在上海浦东举行。来自国内整车、动力电池、材料设备等产业链头部企业和行业组织代表，以及部分国外在华产业链企业齐聚于此，就产业链交付、供应链安全保障、双碳目标与全球市场新格局、材料技术突破与产业应用等新发展格局下的产业链核心问题进行深入交流和探讨。

在12月20日举行的“新能源汽车全球供应链变革”主题论坛上，SAIC捷能高级总监葛海龙先生发表了题为“SAIC魔方电池的安全设计与开发”的演讲。

以下为演讲实录:

各位下午好。我是SAIC研究所洁能公司的葛海龙。应组委会邀请，我来谈谈SAIC在热传播方面的一些经验。

因为散热与电池核心和集成度高度相关，而今天的会议是关于电池产业链的讨论，我想把这几块连起来。

我的分享分为几个部分:

第一部分，SAIC在整个电池产品开发中的一些迭代过程。

第二部分，电池安全考虑的几个维度。

第三部分，被动安全开发，其实就是针对这种热扩散而设计的。

第四部分，对产业链做一些展望，是我的一些看法。

自2009年以来，SAIC一直在制造电动汽车。开发的第一辆有轨电车是A00级车150，使用磷酸亚铁锂电池。整个电池20度左右，车辆续航里程200公里左右。

2015、2016年，电动车开始发展。这个时候很多主机厂，尤其是传统主机厂，在传统车的基础上做电动车。我们当时的主要任务是在运油车的基础上最大限度地利用其可用空间来安排电池容量。所以我们可以看到，在那个时候，每块电池的形状基本都不一样，可以说是为每辆车量身定做的。

到2018年，电动汽车已经进入快速发展阶段。这个时候开始规划电动车专属架构平台，涵盖了从A级车到C级车，还有轿车、SUV、MPV，都需要大量的电池电量。

在这种场景下，我们原来为自行车量身定制的模式已经不适用了，必须要有一个基于平台的解决方案。同时，在这个节点上，因为电芯技术的进步和市场的培育，用户对续驶里程和安全性的要求越来越高。这就要求我们在电池研发过程中提高效率和安全性。在平台化、整合效率、安全性的要求下，我们的魔方电池平台诞生了。

我们整个电池开发过程经历了单封装应用开发到单封装独立开发，再到平立开发。整个技术发展也是从最初的标准模块到深度的CTB技术集成，整个流程转换效率越来越高。到目前为止，我们的集成效率应该是量产方形电池中最好的。

我们整个魔方电池的产品矩阵应该是比较丰富的，既涵盖了入门级400、500公里的普通图标电池的需求，也涵盖了主流500、600公里，甚至700、800公里的需求。我们对应的是绿标电池。还有我们正在研发的超长电池，续航超过1000公里。同时，这两年因为800伏和快充技术火热，我们也在研发相关产品。目前这个项目已经进入样片阶段，将于明年6月量产。目前这个性能充电5分钟可以达到200公里。

先说电池的安全维度，因为电池的安全不仅对我们的电池研发最重要，对用户也是最重要的。随着近两年电动汽车的快速发展，电动汽车的总量越来越高。随着拥有量的增加，整个电池安全或自燃的频率和影响……n事件越来越高，这是今年上半年某媒体公布的数据。仅今年上半年，就发生了600多起自燃事件。

我们对这些事故进行了粗略的分析，得出了一些粗略的结论。

第一，当我们谈到这款电池时，首先想到的是磷酸亚铁锂更安全，但这个分析可能与我们的认知略有出入。因为目前的电动车数量中可能存在相对较多的磷和铁，这说明电池的相对安全并不意味着电池组的安全或者整车的安全，不能划等号。

其次，经过对车辆工况的一些分析，发现静态停车情况下自燃的概率比较高。说明电池的损坏是一个从量变到质变的过程。很难说单一的使用不当或滥用会立即对电池造成严重损害。

第三，很多人可能会担心，在这种高温下，电池的安全性会变差。其实并不是这样的，因为现在的电池都有很好的主动冷却系统，所以高温和常温并没有太大的区别。

因为电池安全如此重要，所以各国都制定了相关的安全标准，具体方法其实也差不多，就是通过针刺或者加热来触发单个电池失控，最后看它能坚持多久，整个封装才进入燃烧或者热失控。

具体的实验方法也严格定义了这个实验的环境温度，包括实验室的电池量。但是从横向对比来看，它在美国的标准是最严格的，包括它的实验室温度是55度，要求100% SOC，哪怕是一个小时。对于我们中国的国标来说，目前是5分钟，但是很快就会上升到30分钟，整个标准在向越来越严格的方向发展。

从前面的分析可以看出，电芯的安全不代表整个电池组的安全，电芯只是第一步。磷酸铁锂电池只是意味着集成难度相对较小，所以我们需要从整个电池组综合考虑这个安全问题。

我们要考虑使用过程中可能出现的一些过充过放，包括我们车辆行驶过程中可能出现的一些碰撞，甚至涉水等等。所以要做一些积极的保护。主要是通过一些软件来保护实验的安全，同时在硬件结构上需要非常健壮的结构保护。

除了主动保护，我们还要考虑万一发生意外，一块电池会触发，我们还要保证整个电池组不会进入失控状态。所以也要考虑一个被动的，安全的保护，包括隔离，分流，甚至一些防火。所以我们可以看到整个电池的安全性是一个综合的考虑，从电池到系统，从主动到被动，从隔离到梳理。

整个电池行业的安全最难的应该是所有的化学体系都能做到零热失控。SAIC的魔方电池做到了这一点。我们是怎么做到的？前面说了，我们采取了综合措施，浓缩成几个字:遇导，卧倒，分离。在“躺”字方面，我们的魔方电池采用了躺补贴的方式，可以最大限度的减少相邻两块电池之间的感染途径。同时卧位布置，电芯的防溢阀面向两侧，自然可以减少整体的安全伤害。

我们做了一些对比分析，在使用相同电池和防护材料的情况下，我们横卧布局的安全性远远优于竖置布局的电池。

另外，我们不得不说，热失控的标准是由单个电池触发的。我们的魔方电池，因为整体结构上的先天优势，可以在单个封装内同时实现多个不同位置的针刺，不会热失控。这一相关实验也是与其他机构合作完成的。

让我们把重点放在被动安全开发上。实际上，整个非能动安全发展体系是分层次的。我们瞄准具有特定特性的电池……加上为他们开发的隔热防火材料，通过系统集成，最终实现符合我们设定的安全标准的电池系统。在每一层，我们都要经历设计、模拟和测试，并不断修改和迭代。

在电池层面，我们对电池进行测试，包括物理模型的推导，形成电池发热模型的热失控边界以及热失控过程中的一些参数和阈值。

材料方面，我们有从板材级到整包级的筛选能力。我们与大多数供应商合作开发了一些DOE实验，对不同特性的材料进行属性衰减，最终建立了丰富的数据库。

在系统层面，需要从机械、热、电气、气动等方面纳入结构防护，同时在设计过程中以这种失效分析模式为驱动，最终在全封装层面实现仿真性能和全封装测试的闭环。

所以我们整个系统就是这样的双环驱动，同时在这个过程中不断积累数据，最终实现一个完整的闭环，不断迭代。因为这个过程，我们的整个开发周期可以大大缩短，同时我们的安全性也可以做到很高的水平。

先说一个简单的案例，就是在电池发展过程中，单个细胞被触发，就会产生这种喷发。如果你没有一个合理的通道来疏散，它可能会在某些区域积累，从而使相邻的细胞失去控制。

在我们的设计中，我们应该考虑更好的引导。具体的做法是，我们可以通过样品A之前的同类电池的测试，得到相应的参数，同时完成我们的设计。

在样本A中，我们基于产品的实际电池状态做了一些实验，在一个小的系统层面上验证和模拟了排烟通道。然后进入全封装测试，包括机械和电极整个制造工艺的一些测试，所以在这个过程中，我们会通过一些实验结果做一些分析和优化，甚至做一些平衡，在性能和成本之间做一些考虑。最后，通过这些作品，我们可以顺利通过c时的宣告实验。

最后说一下产业链的前景。从前面的分析可以看出，整个标准在收紧。5分钟到30分钟绝对不是终点，接下来的一个小时，甚至是零热度失控，绝对是大势所趋。在这个过程中，特别是随着电芯能量密度的提高，对防火隔热材料的要求会越来越高，这将推动整个产业链的大发展。

我个人把产业链的发展趋势总结为几个方面:

第一，性能提升。原来这种材料是单一材料，性能有限。由于电池在热失控过程中比较复杂，需要同时具备耐高温和高抗热震性能，单一材料很难满足不同需求。我们用不同的材料来满足不同的需求，最后复合在一起，会达到更好的效果。

价格方面，随着电动车越来越多，整个汽车厂的压力越来越高，所以也要求材料厂下降。以E1到E2的开发为例，我们的材料性能有所提升，但防护材料的成本在单位电价下下降了30%。

最后，融入友善。因为一开始材料的限制，整个材料的应用场景相对有限，所以随着材料本身的突破和电池技术的进步，电池的应用场景会越来越多样化。在这种场景下，如果相关材料供应商能够在提高电池结构件性能的同时，考虑到电池结构件的一些结构性能要求，对于我们的成本、安装和轻量化将是一个非常好的选择。

谢谢大家！

(注:本文根据现场速记整理，未经主讲人审核。仅供参考。请勿转载！)

标签：魔方大发发现

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