12月20-22日，“第七届动力电池应用国际峰会（CBIS2022）”在上海浦东召开。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机构，以及国外部分在华产业链企业代表汇聚于此，共同围绕新发展格局下，产业链交付、供应链安全与保障、双碳目标与全球化市场新格局、材料技术突破与产业化应用等产业链核心议题进行深入交流探讨。

在12月20日举行的“新能源汽车的全球供应链变革”主题论坛上，上汽捷能高级总监葛海龙先生发表题为《上汽魔方电池的安全设计开发》的演讲。

以下为演讲实录：

大家下午好，我是来自上汽研究总院捷能公司的葛海龙，受组委会的邀请让我来谈一谈上汽在热蔓延这一块的一些经验。

因为热蔓延跟电池的电芯和集成是高度相关的，同时今天这个会场是关于电池产业链的讨论，所以我想把这几块连接在一起。

我的分享内部分为几个部分：

第一个部分，上汽在整个电池产品开发上面的一些迭代过程。

第二个部分，电池安全考虑的一些维度。

第三个部分，被动安全开发，实际上是针对这个热蔓延设计。

第四个部分，对产业链做一些展望，就是本人的一些看法。

上汽是从2009年就开始做电动汽车，开发的第一款电车是A00级的小车150，使用的是一款磷酸铁锂的电芯，整个电量大概在20度左右，车辆的续航里程在200公里左右。

到了2015年、2016年的时候，电动汽车开始发展起来，这个时候很多主机厂，尤其是传统的主机厂做电动汽车的方式都是基于传统车做油改电。我们当时的主要任务就是基于油车最大限度挖掘它的可用空间，来布置电池的电量。所以我们可以看到，当时每款电池基本上形状都是不一样的，可以说是为每辆车量身定制开发。

到了2018年的时候，电动汽车进入一个高速发展的阶段，这个时候我们开始规划专属的电动汽车的架构平台，这个平台覆盖了从A级车到C级车，同时车型也有轿车、SUV、MPV，对电池电量的要求就非常多。

在这种场景下，我们原来为单车量身定制开发的模式已经不适用了，我们必须要有一个平台化的解决方案。同时，到了这个节点，因为电池的电芯技术在进步，以及市场的培育，用户对续驶里程的要求是越来越高，对安全要求也越来越高。这就要求我们在电池开发过程中要提升效率、提升安全。在平台化、集成效率和安全性这三方面的要求之下，就诞生了我们的魔方电池平台。

我们整个电池开发过程就经历了单包应用开发到单包自主开发，再到平台自主开发，整个的技术发展也是从一开始的标准模组，再到深度的CTB技术集成，整个过程转化效率是越来越高。到目前为止，在量产的方形电芯里面，我们的集成效率应该是做的最好的。

我们整个魔方电池的产品矩阵应该是比较丰富的，既有覆盖入门级的400、500公里的普通图标电池的需求，也有满足主流500、600公里，甚至是700、800公里的需求，我们对应的是绿标电池。还有我们正在开发的超长续航的，超过1000公里的叫金标电池。同时，这两年因为800伏和快充技术比较热，我们也在开发相关的产品，目前这个项目已经进入到试样阶段，明年6月份就能量产，目前这个性能能达到充电5分钟行驶200公里。

下面讲一讲电池的安全维度，因为电池的安全不仅是对于我们电池开发而言，还是对于用户而言都是最重要的。随着这两年电动车进入一个高速的发展阶段，整个电动车的保有量越来越高。随着保有量的增大，也带来了整个电池安全或者自燃事件的频度越来越高，影响越来越大，这是某个媒体今年上半年公布的数据。仅今年上半年一季度，自燃的事件就有600多起。

我们对这些事故做了粗略的分析，得到一些粗略的结论。

第一个，大家讲到这个电芯，首先想到磷酸铁锂比较安全，但是这个分析跟我们的认知可能稍微有点差别。因为当前电动车的保有量里面可能磷铁数量是相对多的，这说明电芯的相对安全并不代表电池包安全或者是整车的安全，不能划等号。

第二个，对车辆工况做了一些分析，发现静止停放下发生自燃的概率比较高。说明电池在使用过程中，它的损伤是从量变到质变的一个变化的过程，我们很难说单次不正当的使用或者是滥用，会马上对电池造成一个严重的损伤。

第三个，很多人可能担心在这种高温情况下，电池的安全性会不会差一点？实际上分析下来不是这样的，这是因为现在的电池都有了很好的主动的冷却系统，所以高温和常温并没有很大的差别。

因为电池安全这么重要，所以各个国家都制定了相关的安全标准，具体的方法其实都差不多，就是通过针刺或者加热的方式来触发单颗电芯失控，最后看整包进入燃烧或者是热失控之前，它能够持续的时间。

具体的实验方法也是严格定义了这种实验的环境温度，包括实验室都有电池的电量。但是从横向比较来看，美国它的标准是相当于最严格的，包括它的实验室的温度是55度，这个电量是要求100%的SOC，甚至时间也要求1个小时。对于我们中国的国标来说，目前是5分钟，但是很快会提升至30分钟，整个标准是向着一个越来越严的方向在发展。

从前面的分析我们可以看到，电池电芯的安全并不代表整个电池包的安全，电芯只是第一步。磷酸铁锂电芯，只是说在做集成的时候，它的难度相对低一点，我们需要从整个电池包全面地考虑这个安全问题。

我们要考虑在使用过程中可能会产生的一些过充过放，包括我们车辆在行驶过程中可能会产生的一些碰撞，甚至是涉水等等，为此我们要做一些主动防护。主要就是通过软件方面的一些保护实验安全，同时在硬件结构上我们要非常鲁棒性的结构防护。

另外除了主动防护以外，我们仍然要考虑万一意外发生，某个电芯它就是触发了，我们也要保证整个电池包不会进入一种失控的状态。所以这里面还要考虑一个被动安全的防护，包括隔离、疏导，甚至是一些防火。所以我们可以看到整个电池的安全是一个全面的考虑，从电芯到系统，从主动到被动，从隔离到疏导。

整个电池行业安全方面最难的应该是全化学体系都能实现零热失控。上汽的魔方电池做到了这一点。我们是如何做到的？就像前面所说的，我们采用的是全面的措施，浓缩成几个字叫做：遇导卧隔疏，以“卧”字来讲就是我们魔方电池采用的是一个躺式补助的方式，它能够最大限度的减少相邻两颗电芯之间的传染路径。同时躺式布置，电芯的防过阀是朝向两侧的，能够天然降低整个安全的伤害。

我们做过一些对比分析，使用同样的电芯和防护材料的情况下，我们躺式布置的安全性是远远好于立式布置的电芯。

另外不得不说的是，我们前面也说了热失控的标准是单个电芯触发。我们魔方电池因为整个架构上先天性的优势，我们可以实现在单包多个不同的位置同时进行针刺，也不会发生热失控，这个我们相关的实验也和其他的机构一起合作完成了。

下面重点讲一讲被动安全开发，整个被动安全开发的体系其实从层级上讲，我们针对特定特性的电芯，加上为它开发的隔热和防火防护材料，再通过系统的集成，最后达到满足我们设定的安全标准的电池系统。在每一个层级我们通过设计到仿真，再到测试，不断的修整循环迭代。

在电芯层面我们通过电芯的测试，包括物理模型的推导，形成电芯的产热模型热失控的边界和热失控过程中它的一些参数和阈值。

在材料方面，我们具备从料片级到整包级这种筛选能力，我们通过和大部分供应商去合作，开发一些DOE实验来衰减不同特性的材料所具备的性能，最后建立了一个丰富的数据库。

在系统层面，就是要包括从机械、热、电，以及气整个方面的结构防护，同时在设计过程中以这种失效分析模式为驱动，最后在整包级别实现一个仿真性能和整包测试的闭环。

所以我们整个体系就是这样一个双环驱动，同时在这个过程中不断地累计数据，最后实现一个完全闭环和不断迭代。因为有这样一个流程，所以我们整个开发周期可以大幅缩短，同时我们安全可以做到非常高的水平。

下面讲一个简单的案例，就是我们在电池开发过程中，当单个电芯触发的时候会产生这种喷发物，如果你没有一个合理的通道进行疏散的话，它可能会在某些区域累积，从而让相邻的电芯失控。

我们在设计中，要考虑比较好的疏导，具体的做法就是我们在A样之前，通过相似的电芯的测试，来获取相应的参数，同时完成我们的设计。

在A样的时候我们基于产品实际电芯的状态做一些实验，对排烟通道进行一些小系统级的验证和仿真。随后进入整包的测试环节，整包既包含了机械和电极整个制造过程的一些测试，所以在这个过程中我们会通过一些实验结果再做一些分析和优化，甚至做一些平衡，在性能和成本之间做些考量。最后，通过这些工作我们在C样的时候就可以顺利通过公告实验。

最后讲一讲产业链的展望，通过前面的分析我们可以看出，整个标准是有收严的趋势。从5分钟到30分钟绝对不是终点，往后1个小时，甚至是零热失控肯定是大势所趋。在这个过程中，尤其是随着电池电芯能量密度的提升，对防火隔热材料的要求也会越来越高，将会催生整个行业产业链的大发展。

产业链的发展趋势我个人总结是几个方面：

第一个，性能提升。原来这个材料都是单一的材料，它的性能是有局限的。因为电池在热失控过程中是比较复杂的，既要有耐高温的场景，也要有耐高的热冲击，所以单一材料很难满足不同的需求。我们通过不同的材料去满足不同的需求，最终把它复合在一起，会达到比较好的效果。

价格方面，随着整个电动车的保有量越来越大，整个整车厂的压力也是越来越高，所以也要求材料厂有一个下降。以我们E1到E2的发展为例，我们材料的性能提升了，但是对于单位电价下防护材料的成本下降了30%。

最后，集成友好性。因为一开始受材料的局限，整个材料的应用场景是比较局限的，所以随着材料本身的突破和电芯技术的进步，电池应用场景会越来越多元化。在这种场景下，如果相关的材料供应商在提升性能的同时，能够兼顾电池结构件的一些结构性能的要求，把它集成在一起，那么对于我们的成本、安装和轻量化将是非常好的一个选择。

谢谢大家！

（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅，仅作为参考资料，请勿转载！）

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