在谈及纯电动客车安全这一行业痛点时,业界一般更关注于电池安全本身。的确,近年来广大电池企业针对电池安全问题开展了大量工作,有效提升了电池的安全阈值和一致性,但动力电池作为能量的储存体,在现有的化学体系下,其自身是不能做到绝对安全的。因此,要想解决纯电动客车安全性的技术瓶颈和难题,不能仅仅依赖于电池本身安全性能的提升,而是需要结合全产业链,打造覆盖所有运营场景的全套解决方案。

储能电池安全检测认证项目有哪些(解读宇通电池安全防护技术的颠覆与创新)(1)

2021年8月宇通动力电池安全防护标准正式面向全球发布。基于新能源客车实际运营场景,从整车、系统、箱体、部件及监控五个层级开发防护技术,实现动力电池安全级别、全气候能力和路况适应性三大提升。宇通动力电池安全防护技术的发布,将重新定义纯电动客车电池安全防护标准。

无形之盾:率先研发氮气保护系统

众所周知,在纯电动汽车的起火事故中,很大一部分是由于电池电芯发生内短路或热失控起火后导致整车起火。那么,如何才能彻底阻断电池在极端情况下起火呢?

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分析发现,造成电池燃烧的因素主要有3个:“可燃物”、“氧气”与“着火源”。如果在“着火源”确定的前提下(电芯发生内短路或热失控),能将“可燃物”与“氧气”彻底切断,那么问题将迎刃而解。基于磷酸铁锂电池热失控后不易产氧的特点,宇通率先研发了长效隔氧、高度可靠氮气保护系统,通过氮气将电池箱内实时绝氧,阻断了磷酸铁锂电池的燃烧路径,彻底消除了电池箱内的燃烧条件。即便电池发生内短路或热失控,因为周围有氮气保护系统,此时就像火柴在没有氧气的环境中无法点燃一样,高纯度的氮气环境将磷酸铁锂电池的热失控扩展扼杀在萌芽状态,相当于用氮气为电池构筑起一层看不见摸不着的防护罩。

那么,氮气从哪里获取呢?据悉,宇通巧妙利用了整车空压机制备的压缩空气,通过航空级氮气分离技术,将整车的压缩空气分离为高纯度氮气;为确保过全过程气压可调,宇通开发团队设计多级降压限流结构,在正常工作模式下,整车压缩空气损耗增加不超过1%。此外,宇通还开发了定压双向透气技术,既能保证电池包在设定氮气压力下不漏气、不进气,有效隔绝外部空气,又能保证极端情况下,电池包的泄气防爆功能可正常开启,不受影响。

除了提升安全性,宇通开发的氮气系统在可靠性方面也同样具备多项实用功能:例如在洪涝灾害中,很多新能源汽车电池包出现了不同程度进水,除了电池包本身防护等级不足外,部分电池包密封失效也是导致进水的关键。现有的电池包气密性排查通常是由售后服务人员定期携带专业设备赶赴现场进行维护检测。而宇通氮气防护技术所具备的电池实时气密性检测功能,有效地解决了这个难题。通过宇通大数据平台在线诊断技术,可实时对电池包内的压力变化状态进行检测判断,实现电池包密封异常的自动检测、诊断和预警,降低电池进水风险。与此同时,利用电池箱内高精度探测装置,有效识别电池包早期热失控特征,实现准确实时预警及控制;利用氮气保护系统的多级过滤、自动排水功能,可将电池包实时控制在低湿环境,消除湿热地区因电箱内凝露导致的安全风险。

大道至简,一举多得。宇通全新开发的氮气保护系统,通过阻断电池箱内的燃烧条件来解决纯电动客车安全难题,将为行业安全技术发展带来更多新的启示。

坚不可摧:打造“护城河 防爆桶 防爆墙”

在通过氮气防护系统消除了电池电芯的起火隐患之后,宇通动力电池安全防护标准深入到下一层:电池箱体。电池箱体相当于电池安全的“护城河”,起着连接内外的作用。宇通开发了多层级热-电耦合防护,实现内外安全隐患的有效隔离。保险是切断电池包内外部危险的有效手段,但如果保险的保护范围不能完全覆盖电池包的各个零部件,那么其功效将大打折扣。让保险更“保险”,宇通充分研究了电池系统内的电芯、连接片、电气件等不同部件的安全特性,开发了覆盖全电流范围的过载保护装置,实现全电流、无盲区过载保护。在部件层面,宇通开发了适合商用车的多包级高效液热技术,箱内没有了高压加热部件,让电池包远离“点火器”,避免了高压加热部件失效带来的安全风险。

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除了上述防患于未然的主动安全防护技术,宇通在被动防护方面同样做到了坚不可摧。宇通特别开发了电池箱体“三明治”隔离防护系统,可耐受1300℃、2h以上灼烧,即使电池包内电芯发生热失控,也不会影响整车其他部件;即便整车其他部件出现高温,也不会危害到动力电池。这就相当于为电池箱加装了一个固若金汤的“防爆桶”。

如果说“防爆桶”式的防护将电池箱体安全等级提升了一个量级,宇通还在“防爆桶”之外,加装了一个“防爆墙”。宇通在电池舱与乘客区之间设置了防电弧和热量传导的多层隔离结构,隔离层的耐受温度从原有的500-600℃提升到1300℃,耐火烧时间从原来5min提升至2h以上。这是一个什么概念?相当于在电池与整车之间增加了一个空间与热量的隔离,即使电池在极端情况下出现高温,也能有效的阻隔热量传导的速度,将电池安全风险控制在最小范围。

“护城河 防爆桶 防爆墙”,宇通动力电池安全防护标准为纯电动客车打造了由小及大、由点及面的多重安全防护,将推动行业安全标准实现新一轮升级。

铜墙铁壁:可应对49吨卡车追尾撞击

电池就像汽车的油箱,在电池防护安全方面做到自内而外无懈可击的前提下,最后面临的风险可能就是车辆遭受外力的破坏。根据宇通的统计数据,在新能源领域因外力碰撞、刮底等原因导致的电池失效问题占14%以上。为此宇通创新性地开发了具有吸能缓冲功能的电池高强防撞围栏,全面提升了电池舱外部碰撞标准,为电池筑起了一道“铜墙铁壁”。

为应对侧面撞击,宇通采用抗拉强度1500MPa超高强度钢,在侧面碰撞防护上创新性设计了“十字型”、“H型”导向传力结构,将侧面碰撞力分散传递至裙边梁及车架上,实现了当2.7吨级皮卡车以相对速度50km/h撞击电池侧舱时,舱体侵入量控制在25mm以内,电池包不会受到挤压。侧面碰撞防护标准由0.95吨提升至2.7吨碰撞能量提高至现行标准的2.83倍。

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除了侧面防护,针对市场上电动客车被重卡卡车追尾的极端情况,宇通开发出最新的尾部碰撞防护技术,其采用的“笼箧式”尾部碰撞防护结构与合金吸能器,即便49吨级的卡车以30km/h相对车速偏置30%角度追尾电动客车,碰撞能量相当于18辆轿车同时撞击客车尾部,尾部电池箱体依然不会受到挤压。

据悉,为了验证碰撞防护结构有效性,宇通分别开展了实车安全碰撞试验,试验过程中及结束后,动力电池安装空间完整,电池未受到其他部件撞击,无异常现象发生,未出现冒烟、起火等情况。

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透过上述这套从被动到主动、从电池到整车、自内而外、武装到牙齿的宇通动力电池安全防护标准,让我们再次领略了宇通在新能源客车安全领域的原始技术创新和行业引领能力。可能很多人会问,为什么宇通总能成为技术和标准引领者?一方面源自其行业龙头地位与深厚积淀,另一方面则是宇通开放创新、合作共赢研发平台的优势体现。

从2016年发布新能源客车3S安全技术要求,到如今再次创立动力电池安全防护标准,在不同的竞争时代,宇通依然继续领跑。

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