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煙臺創為的鋰電安全新棋局

作者:中國儲能網新聞中心 來源:儲能100人 發布時間:2020-12-08 瀏覽:
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煙臺市開發區黃河路270號,是創為新能源的辦公場地。2年前,由于業務規模的擴大,創為新能源從一座小工業園里遷居于此。

2015年張立磊帶領團隊創建這家公司,憑借對趨勢的把握,趕上了一個時代的風口,就是鋰電大潮的到來。鋰電池相繼在商用車、乘用車規模化應用后,開始往電動船舶、5G基站、數據中心、儲能電站、電動自行車等多個行業領域滲透,電動一切的時代已經到來。

但鋰電普及并非一路坦途,安全性是鋰電的阿喀琉斯之踵,已成為全社會無法回避的問題。電池著火的事情經常發生,不停刺激消費者的神經,人們不禁要問:鋰電真的靠譜嗎?

作為國內鋰電熱失控預警及智能消防領域的開拓者,創為新能源從成立起一直聚焦在“鋰離子電池熱失控監測預警和防護技術”這個細小的賽道上,在定位上與當下絕大多數的公司相區隔。

長期以來,頭頂鋰電光環的都是寧德時代、比亞迪等獨角獸,類似創為這樣的“幕后英雄”并不為廣大消費者熟知。

業界首創的熱失控模型

事實上,在過去5年里,煙臺創為自主研發的動力電池熱失控監測預警技術已成功為新能源汽車配套電池箱火災防控裝置30余萬套,自動檢測百余起電池熱事故,從電池漏液監測,到電池熱失控,到箱內起火自動觸發報警滅火,煙臺創為將百余起起隱患事故扼殺于萌芽的“溫床”,從無一起漏報誤報,引領了動力電池火災熱失控技術的規模化應用。

在這背后,讓創為引以為傲的是其在業界首創的鋰電池熱失控模型。在創為看來,電池內部的熱失控是引發電池自燃、發生大面積事故的一個核心原因,而行業對電池熱失控會產生什么樣的危害并沒有充分認識和相應重視。

鋰電池作為一個巨大的能量體,如何將安全化變被動為主動?是創為研發部門一直在思考的問題。這個團隊由化學、物理、數學等多個專業背景混搭而成,通過大量的電池熱失控試驗來測試各種廠家不同類型電池在相同或不同情況下的熱失控反應,來尋找鋰電池熱失控的源頭。

在創為新能源的實驗室里,擺滿了做過實驗的廢舊電池。“我們每個月做實驗的電芯都在100KWh以上。”煙臺創為新能源科技股份有限公司技術總監趙怡鋒介紹說。

創為實驗室里的廢舊電池

長年累月的實驗過程是非常寶貴的財富,針對電池外部短路、內部短路以及最終熱失控反應,創為通過歸納熱失控導致的各種變量之間的內在關系,最終形成精確的建模仿真,再利用上述的仿真技術和算法,及時實現電池火災隱患的早期預警和智能控制。

創為新能源總工李明明告訴“儲能100人”,相比傳統消防企業,創為更加重視早期預警的重要性。“如果電池一旦形成熱蔓延或者熱擴散以后,再進行安全消防已經是非常滯后了。”

創為的拳頭產品鋰電熱失控探測控制器

一般來說,電池內部某個電芯的熱失控,往往遠早于發現車輛自燃的時間。第一塊電芯熱失控的火種會在將近半小時內蔓延至整個電池包,并逐漸造成車輛自燃。由于沒有良好的監控和報警系統,車輛往往無法快速對其余電池組進行降溫保護,也無法聯網通知消防部門及車主,最終造成巨大的損失。

創為的研究表明,熱事故前期,電池內部及溫度變化非常緩慢,多是電解液泄露與少量氣體狀態,肉眼是無法發現的;第二階段是肉眼可觀測范圍,有大量的煙霧或者是白色氣體冒出;第三階段是溫度和聲覺可感知狀態,溫度急劇升高,最終起火爆炸。

要想實現準確地預警,首先,傳感器應用必不可少,創為在探測器內部安裝了多種傳感器,對電池Pack內部VOC氣體、CO、煙霧、溫度等進行實時監測和數據采集,大量的數據是預測的基礎;其次,算法是一切的核心,創為采用的火災神經網絡這種算法是一種多參數的復合運算,基于不同的電池和場景,進行分層預警,最終的目標是實現機器自學習。

目前,創為新能源的鋰電探測控制器已經更新至第四代,在產品重量和體積上僅為原來的三分之一。根據電池包不同的表征狀態,創為的預警系統可以按嚴重程度分級來提醒操作人員采取相應的應對措施。在極端嚴重的情況下,系統會自動強制啟動滅火裝置對電池組進行淹沒式火災抑制。

延伸、演進與一體化

安全是一個系統性的工作,以“鋰電池熱失控模型”為核心,創為正將自身的業務進行橫向縱向延伸。

熱失控的因素有很多,”幫兇”之一便是溫度。電池的習性與人相似,它既受不了太熱,也不喜歡太冷,最適宜的工作溫度在10-30°C之間。

基于自身多年對電池的了解,創為于今年正式切入電池熱管理領域,其研發的液冷式熱管理系統已經在市場中投放應用。

“熱管理的行業瓶頸不是空調系統,而是電控集成模塊的控制邏輯以及技術成熟度。”在趙怡鋒看來,創為的電池熱管理系統,其核心技術可以通過壓縮、散熱、節流、吸熱過程調整,可以實現多模式互換,滿足電池不同狀態、不同環境的安全需求。

創為于2020年正式切入熱管理領域,圖為新產品液冷式熱管理系統

更重要的是,基于熱失控技術創新,它可以與原有的業務實現完美結合,可實現系統故障自檢、安全保護、智能故障反饋,為客戶提供一體化的解決方案。

消防常常被譽為是安全的最后一道防線,如果發生火災,必須要有有效的措施將火撲滅。目前行業采用的滅火劑主要有七氟丙烷、全氟己酮等,但當下不同容量、不同體系的電芯配置的滅火劑量基本沒有差別。

與其他火災相比,鋰電池火災有著與眾不同的特點,撲滅非常困難。不管是七氟丙烷還是全氟己酮,只能撲滅鋰電池表面明火,由于電池箱本體結構,即使電池箱外部明火被熄滅,電池箱內部的仍然發著燒,極易復燃。鋰電池一旦復燃,多數情況下也只能束手無策。

大量的實驗證明,只有利用大量的水進入電池PACK內部進行持續降溫,才能徹底滅火。破解的難題在于,受制于電池箱的安裝車體位置的局限,外部消防水源無法直達電池箱內部。

創為的新產品水消防專用智能接入裝置,利用原有的消防通道與外部的水源連接

目前,創為已經找到了徹底解決新能源客車復燃的滅火方案,研發出了消防專用智能接入裝置,利用原有的消防通道與外部的水源連接,一旦發生電池冒煙起火,裝置立即自動顯示起火電池的位置并打開通道,接入水源,對電動客車動力鋰離子電池箱的火災進行持續抑制,實現徹底滅火。

2020年5月份,工業和信息化部組織制定了《電動汽車用動力蓄電池安全要求》《電動汽車安全要求》和《電動客車安全要求》三項強制性國家標準,這三項強標增加了對電動汽車電池系統熱事件報警信號的要求,明確要在事故發生五分鐘前,給駕乘人員發出安全預警信號,在電池單體發生熱失控后,電池系統要在5分鐘內不起火不爆炸,為乘車人員預留安全逃生時間。

這些新規為創為的預警和消防產品的推廣和應用提供了更為廣闊的空間。李明明表示,公司正在發力攻克“三元系電池”預警難題,與國內知名大學專家聯合組建了創新團隊,主要針對三元電池進行熱失控監測預警技術研究。

和鐵鋰體系不同的是,三元正極材料易發生分解反應、釋氧,會更加快速地發生熱失控。如果將這一問題攻克,無疑將進一步擴大公司新能源乘用車電池箱專用的自動滅火裝置市場份額。

“儲能電池隨著行業的拓展,它的應用場景越來越多,我們將堅定不移地聚焦在儲能安全上,希望有鋰電池的地方就有創為。”李明明最后說。

關鍵字:鋰電池 煙臺創為

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