大禹电池技术为什么敢说“永不起火、永不爆炸”？

当前，随着动力电池技术飞速发展，消费者购车成本、续航里程、充电时间、残值问题等问题正逐步得到缓解，但电池安全问题仍然是制约电动汽车发展的关键因素。

为满足整车超长续航和动力性，大电量电池包仍然以高镍三元电池为主，因此解决三元电池的热失控安全问题仍然是行业的重点。为解决电池热失控安全问题，长城汽车研发出大禹电池技术。

在近日举办的长城汽车大禹电池技术媒体品鉴会上，长城汽车动力电池设计总监曹永强表示，大禹电池技术以“变堵为疏”为设计理念，可实现在电池正常生命周期内永不起火、永不爆炸。

据了解，电池安全涉及电化学安全、机械、电气、整车集成、功能安全、热安全等多个方面，是一个系统性的综合问题。就电芯而言，目前行业内通过正极掺杂改性、陶瓷涂层、特制电解液等技术来提升安全性，但电芯仍面临内部缺陷、一致性差异、滥用等挑战，无法做到绝对“零热失控”，该问题亟需技术创新与突破。

针对以上问题，大禹电池技术从电芯、模组、电池系统、整车四个层级，从电芯测试、系统匹配、安全设计、虚拟仿真、测试验证等多个维度，进行矩阵式设计来实现电池安全防护。

曹永强讲到，“大禹电池技术不仅仅是一块电池，一块电芯，一个模块化的产品，而是系统性的集成技术，具备非常强的兼容性，该技术可以应用到行业内多个领域和车型，不止是纯电动的轿车或者是SUV。”根据不同车型项目需求，长城研发团队针对中镍、高镍、无钴、铁锂等多种化学体系电池均在开展大禹电池技术多元化应用。

“大禹电池是一个可进化、可拓展的技术，会跟随电芯技术升级进行优化，它的高兼容性、可持续发展性可为未来的电池安全继续提供保障。”曹永强补充。

根据长城的计划，大禹电池技术计划于2022年全面应用于长城旗下新能源系列车型，其中首搭项目为沙龙品牌的首款车型。此外，大禹电池技术数十项专利将对全社会免费开放，以推动新能源汽车的发展，最大范围保障用户安全。

01、整包不起火、不爆炸

大禹电池技术采用“控+导=通”的技术原理，将气火流按照设计通道安全疏导出电池包外。控是电芯热阻隔、模组级阻隔、绝热材料对比，导为灭火盒阻火设计和PACK定向排爆，最终通过定向排爆流场、温度场、阻火盒、传导传热四个方面实现排爆、降温、导热等。该技术优势在于可实现“电芯化学体系全覆盖”，“任意位置电芯”，“单个或多个电芯”触发热失控的情况下整包不起火、不爆炸。

此外，大禹电池技术拥有4层5维底层安全矩阵，电芯、模组、电池系统、整车四层匹配，电芯测试、系统数据、安全设计、虚拟仿真、测试验证五个维度设计理念，实现电池热失控安全全防护。该技术已突破电池本体失效、PACK失效、BMS失效3大维度39个热失控故障节点。

02、8项全新设计理念

品鉴会上，曹永强介绍，大禹电池设计融入8项全新设计理念——“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”设计，并布局数十项核心技术专利，主要覆盖热源抑制、隔离、冷却、排出等领域。

热源隔断

热源隔断采用双重防护，包括电芯隔断和模组防护。

电芯隔断：电芯间采用全新开发的双层复合材料，既能隔离热源，又耐火焰冲击，有效解决了传统气凝胶不耐冲击的痛点。同时结合不同化学体系电芯循环膨胀特性不同，设计双层复合材料，既可有效解决电芯膨胀对空间的需求，又能隔离热源。

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，有效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

作为“大禹电池”最核心技术，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。目前已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。

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。

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。

智能冷却

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，抑制热扩散。采用单张大冷板与箱体集成设计方案，有效避免管路因高温泄漏和爆裂问题，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、高效冷却策略。

03业内最严苛测试

曹永强介绍，大禹电池技术接受同级最严格的热失控测试，选取行业公认最具挑战的三元811体系高镍大容量电芯。

对于三元811体系电芯而言，虽然针刺和加热剧烈程度相当，但加热产生的大量热源要比针刺严苛的多，所以测试采用加热触发。而且，大禹电池技术还是采用全球最严苛的两个电芯连续触发的测试方式，触发位置选择了模组的中间电芯。

长城官方数据显示，测试中连续发生3次多个电芯集聚触发热失控，温度最高达到1037℃，电池包内气压达到三次高峰，瞬间最高气压约16kPa，通过灭火系统抑制电池包外溢烟雾最高温度低于100℃，避免对周围产生二次伤害。

此外，大禹电池技术构建了整包级热失控燃烧模型，实现气流和火流多维度拟合仿真，颠覆了在热失控领域先开发再测试的传统方式，实现无实包条件下全数字化热失控虚拟仿真。接下来，长城将持续拓展热失控仿真维度，提升气流和火流多工况模式拟合仿真精度，对仿真数据进行多层次数据标定，掌握电池安全设计结果，缩短开发周期和风险。

小结

大禹电池技术是长城在能源革命、全面电动化技术变革中取得的重要突破之一，它为电池安全技术开启了新方向，将推进新能源汽车行业的电池安全技术进步。

文/李丽萍