为了电池安全，工程师做过什么疯狂的事？

我呢专业就是干这个的，我在主机厂设计新能源汽车电池包5年了，我给大家讲一讲我工作中发生的事情吧。

大家都知道2020年国家出台了电池包最苛刻的法规，要求电池包发生热失控的时候，为了保证乘客的安全，5分钟之内不允许起火爆炸，目的就是给乘客逃生留有足够的时间。2020年那会各个主机长包括新势力造车研发的电池包大部分都是三元锂电池。三元锂电池的优点能量密度高，续航里程多，缺点就是相对磷酸铁锂容易起火爆炸，大约在200℃左右就可以起火，而磷酸铁锂电池的起火温度大约是在500-800℃，同样是发生热失控，那三元锂电池肯定先着火。

那会的设计呢，其实跟2017年，2018年差不多，也没有什么新的改变跟创新，就直接拿去做热失控实验了，然后结果可想而知，坚持了1分钟都不到，直接爆炸了。老板们也开始着急了，热失控实验过不了肯定会影响整个项目进程，怎么搞，开会讨论吧，各个零部件工程师都要想办法，该跟供应商开会的赶紧开会去。你电池起火爆炸了，是主角，肯定是先从电池入手。

当时的电池还叫做模组，模组呢就是由电芯构成，一般是10个电芯或者12个电芯，串联或者并联在一起组成一个模组。热失控实验是先触发某个电芯短路，造成热失控，然后看整个电池包的实验结果，所以呢电池就从电芯开始入手了，热失控的本质原理是一个电芯短路，然后产生大量的热，到达燃点后，自己开始燃烧，燃烧继续产生热量，去影响其他电芯，只要热量到达了燃点，其他电芯也跟着起火，就像放鞭炮一样，一个接一个，如果热量足够，就是一个模组接着一个模组了。所以得先从第一个电芯开始入手，如果只让第一个电芯着火，把热量给隔住，那么不是就不会蔓延了吗？所以没两个电芯之间加了一个气凝胶。

气凝胶的优点太多了，具有优秀的隔热性能，隔热效果是传统隔热材料2-5倍，如若取得同等隔热效果，厚度仅为传统材料的几分之一。保温后热损失小，空间利用率高。且在高温下，性能优势更为明显。气凝胶是目前已知质量最轻的固体，容易裁剪，强度好，纳米气凝胶毡是以纳米化硅气凝胶为主体材料，通过特殊工艺同玻璃纤维棉或预氧化纤维毡复合而成的柔性保温毡。柔性好，耐高温，可以这么说，目前气凝胶是电芯隔热最理想的材料。现在呢基本上所有的主机厂包括电池厂电芯与电芯之间都用气凝胶隔热，不管是模组设计也好还是CTP设计，都用气凝胶。

光把电池的问题解决了也够，电芯发生热失控，产生的热量终究还是在包内，如果不排出去产生大面积起火爆炸只是时间的问题，必须要想办法排放出去。所以在电池包的箱体上还会布置两个排气阀，很多主机厂用的排气阀是单向阀，电池包内的压力升高，高压会把排气阀顶开，高温高压气体自然就排放包外了。

有的厂家用的排气阀会高级一点就是在排气阀中间的位置布置一个防水防尘，但是又通气的一个膜，在电池包压力正常的时候，电池包内的气体可以与外接进行交换，电池包发生热失控的时候排气阀又会自动打开，排泄高温压力，当然这种排气阀价格也昂贵。

目前针对电池包的热失控实验增加了两个设计，然后又去拿去做热失控实验了，结果呢，比第一次稍微好一点，但是还没通过5分钟这个硬性标准。怎么办呢，还是得从电池方面入手。没错就是隔热，只要把热量隔住了，不让热量蔓延，其他正常的电芯就不会发生着火。这次的隔热方式是在每个电池模组上面铺设一层云母板，换言之就是用云母板把单个模组给罩住，但是又不能罩的特别严实，电芯发生热失控产生的高温高压气体还得正常能够排放出去。

云母板由云母纸与有机硅胶水粘合、加温、压制而成，其中云母含量约为 90% ，有机硅胶水含量为 10%，可以做成各种各样的形状。云母板具有优良的抗弯强度与加工性能，抗弯强度高，且韧性极好，用冲订能加工能各种形状而不分层。云母板具有耐高温绝缘性能，最高耐温高达 1000 ℃ ，在耐高温绝缘材料中，具有良好的性价比。同时电气绝缘性能优良，普通产品的耐电压击穿指标就高达 20KV/mm。

在这里给大家普及一下，有些主机厂用的是防火毯铺在电池模组上面，其实防火毯的效果是没有云母板好的。

在每个电池模组上面铺了一层云母板后，热失控实验终于通过了，坚持了27分钟后着火爆炸了，所以说想要通过热失控实验还得从隔热做期，先是电芯级别，然后是模组级别，最后是整包级别，每个级别都不能少。

目前流行的CTP设计，就是直接把电芯布置在电池包内，省去了电池模组的设计，增加了整个电池包的体积利用率，提高了能量密度。因为没有电池模组，所以固定是个麻烦事情，很多主机厂或者电池厂就采用灌胶水设计，但是这种胶水不是普通的胶水，除了能达到固定电芯的作用之外，还能加快电芯的热量传递。其实灌胶水也是无奈之举，因为光秃秃的电芯是真的没法固定，如果说整个电池包一旦坏了一个电芯，那么是没法维修的，就得更换整个电池包，这是隐形的增加了消费后期的售后费用。

除了电池包热失控的设计，电池包箱体的结构设计也很重要，电池包的箱体承载电池，同时也保护电池不被挤压。目前市场上流行的设计就是挤出铝梁，然后把各种横梁，纵梁焊接在一起。为什么用基础铝梁呢，因为这个技术最成熟，尤其是电池厂，特别喜欢用挤出铝梁的设计。

吕梁的厚度一般都是2mm厚，局部加强的部位5mm后，然后设计成吸能结构，就是在电池包发生侧碰的时候，先是车身来保护电池，如果车身保护不了电池了，就得靠电池包自己了。电池包的侧梁会设计的足够结实，来吸收碰撞的能量，避免电池被挤压。

电池包箱体除了挤出铝设计，还有冲压钢设计，目前上市的新能源汽车电池包，我知道的好像只有凯迪拉克的Lyriq 用的是冲压钢设计，那么为什么其他主机厂不用冲压钢呢，不是他们不想用，是他们还没掌握冲压钢的技术。冲压钢不管是对结构设计也好，还是焊接工艺也好，要求的都很高，冲压钢的设计并不是一层钢结构，很多承重的部位都是2层钢焊接在一起甚至4层钢，这对焊接要求很高，在焊接过程中还要涂焊接密封胶。

冲压钢设计的优势就是省钱，劣势是质量重。为什么很多主机厂把汽车底盘悬架的摆臂，还有羊角都设计成了钢结构，就是为了省钱。电池包也是这样，只要是能省钱，主机厂肯定想办法省钱，只不过是目前还没成熟的掌握冲压钢的设计而已。

电池包密封与BMS

密封也是很重要的环节，尤其是上盖的密封，高压/低压线束插接头的密封，电池包有个涉水实验，就是泡在水里，不能进水。其实相对来说，密封挺简单的，线束用的是密封胶条，因为体积小，上盖用的是密封泡棉，这都不是什么特别的技术，业内都这么用，发动机那么复杂的机械运动件都能保证密封，电池包还是静态的呢。
BMS,作为电池包的大脑，控制着电池包的高压低压，温度，压力，充电，放电，但是更多的是软件的控制，我们看不见也摸不着。好的控制真是可以避免电池的热失控，提高电池的使用寿命。

其实我认为整个电池包的开发设计过程中，就是第一批过热失控法规的那些设计最让人钦佩，因为他们完全是摸着石头过河，没有参考，大多数都是试出来的，自己摸索出来的技术，后面其他主机厂的设计呢，只需要借鉴就行了，因为前辈已经把路给走好了。

来源：知乎 www.zhihu.com

作者：王大富

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