"在持續發生三次多個電芯集聚觸發熱失控，溫度最高達到1037℃，電池包內氣壓達到三次高峰，瞬間最高氣壓約16kPa，通過尾部滅火盒設計，可以將外溢煙霧最高溫度控制在100℃以下。"

這是長城汽車披露的大禹電池的測試結果。

九月二十四日，長城汽車在北京舉辦了"大禹電池技術媒體品鑒會"，首次詳細披露核心技術。

大禹電池八大核心技術：熱源隔斷、雙向換流、熱流分配、定向排爆、高溫絕緣、自動滅火、正壓阻氧，以及智能冷卻，最終可實現"電芯化學體系全覆蓋"、"任意位置電芯"、"單個或多個電芯"觸發熱失控的情況下都能實現不起火、不爆炸。

大禹電池技術兼容性也很好，可滿足未來不同化學體系電芯，以及不同PACK的應用技術。

長城方面表示，大禹電池技術將于2022年全面應用于旗下新能源系列車型。首搭項目為沙龍品牌第一款車型。

除了自用，大禹電池還對外開放專利。超60項專利，將免費開放給全社會。

1"變堵為疏"的設計理念

"變堵為疏"應該是大禹電池技術和其他電池技術最大的不同點。

在長城汽車動力鋰電池設計總監曹永強看來，電池安全涉及電化學安全、機械、電氣、整車集成、功能安全、熱安全等多個方面，是一個系統性的綜合問題。就電芯而言，目前行業內通過正極摻雜改性、陶瓷涂層、特制電解液等技術來提升安全性，但電芯仍面對內部缺陷、一致性差異、濫用等挑戰，無法做到絕對"零熱失控"。

也因此，電池系統層面的安全就尤為重要。

長城汽車在電芯、模組、電池系統、整車四個層級，從電芯測試、系統匹配、安全設計、虛擬仿真、測試驗證等多個維度，進行矩陣式設計來實現電池安全防護。

"大禹電池"重要設計思想是"變堵為疏"，它改變了傳統以堵為主的電芯控制技術，將熱失控后出現的氣火流按照設計通道安全疏導出電池包外。

長城汽車動力鋰電池設計總監曹永強

用曹永強的話說，這是一個"控"、"導"、"疏"的過程。"控"是把熱源通過材料在模組和電芯層級安全有效控制。"導"通過雙向放流和定向排爆精準化設計，讓它安全地沿著安全通道流動；"疏"在流動過程中會就近快速疏導到通道之中，在高壓之下快速排出包外，排出之后通過材料抑制減少長時間傳導。

2實現方式：八大核心技術

設計思路有了，技術實現方面，長城汽車則通過熱源隔斷、雙向換流、熱流分配、定向排爆、高溫絕緣、自動滅火、正壓阻氧、智能冷卻這八大核心技術加以實現。

曹永強介紹說，這每一項核心技術中都有許多專利技術，目前已獲得數十項核心技術專利。

（1）熱源隔斷

首先是熱源隔斷，它的最重要優勢是從電芯、模組兩個層級進行雙重防護。

電芯方面，所有電芯間采用全新開發的雙層復合材料，既能隔離熱源，又耐火焰沖擊，有效解決了傳統氣凝膠不耐沖擊的痛點。同時結合不同化學體系電芯循環膨脹特性不同，設計雙層復合材料，既可有效解決電芯膨脹對空間的需求，又能隔離熱源。

模組方面，每個模組間都采用高溫絕熱復合材料，可阻止火焰沖擊和長時間傳熱傳導。防護罩設計定向排爆出口，能快速將模組內部高溫氣火流排出，防止模組內部熱蔓延。

（2）雙向換流

電池發生熱失控過程中會出現大量高溫、高壓氣火流，大禹電池技術通過對多種類換流通道設計方法仿真模擬，實現換流強度和比例的精準化設計，有效控制熱源按預定軌跡流動，減少對相鄰模組的熱沖擊，可以防止再次引燃。

（3）熱流分配

則是通過搭建燃燒模型、熱力學和流體力學擬合仿真、沖擊強度和壓力計算等虛擬技術應用，可實現氣火流在不同結構通道內的均勻分布。

曹永強介紹說，電池包之內，他們設計了縱向通道，縱向通道和底部的換流通道是連通的，就是說它在氣壓的用途下，它會上下流動。

關于流動軌跡，曹永強他們也是經過精心設計的。"我們通過大量的仿真，關于氣火流的強度和比例進行精準化的設計，它是要經過我們對熱量的分析，氣流強度的沖擊的大小，溫度的變化，按照熱源軌跡去流動，防止對相鄰的電芯相鄰的模組出現急劇性的熱沖擊，引發第二次熱失控。"

（4）定向排爆

這是大禹電池最核心的技術。它是通過分流、導流、換流將火源快速引導至滅火通道并安全排出。該技術目前已攻克了通道內壓力和流量均勻化調節的難點，消除了熱量集中，使氣火流在通道內分層均勻流動。

曹永強解釋說，通過定向排爆和換流，可以使高溫氣體，例如NCM811電池，超過1000℃的高溫迅速降到200℃以內。

（5）自動滅火

長城汽車在電池包的定向排爆出口，設置多層不對稱蜂窩狀結構，實現火焰快速抑制和冷卻，并通過多點化、均布化、小型化設計，有效減小體積、降低重量，提升降溫效果。此時，氣火流排出到電池包外的溫度已經低于100℃。

關于熱源排出，長城汽車也是經過設計的。曹永強說，熱源排出的位置是整車的一個安全區域，排出的氣體不會對周圍的人和物出現二次傷害，這就是定點排出的設計理念。

（6）正壓阻氧

根據蜂窩孔徑及單位氣體質量流量，保持包內壓力始終高于包外，防止因氧氣進入導致二次燃燒。

在曹永強看來，正壓阻氧非常重要，因為氧氣進入導致的二次燃燒是非常爆裂式的燃燒，是很難抑制的。

因此，他們在通道和滅火設計時，滅火的孔徑大小尺寸，是經過多次測試才選擇的最優指標，保證電池包的壓力一直高于電池包外，防止電池外部的空氣進入到內部。

（7）高溫絕緣

高溫絕緣就是對電池包內的高壓部件進行絕緣防護，因為在熱時空過程中，傳統設計的高溫絕緣層會被燒掉，電池包內的金屬部件會起弧。

曹永強解釋說，一旦引起高壓起弧，金屬部件會瞬間被擊穿，電池包就會出現大的孔洞，火焰就會沖出電池包。

因此必須對電池包內的高壓連接及高壓安全區域進行高溫絕緣防護設計。

大禹電池技術結構演示

（8）智能冷卻

長城汽車針對電池安全擁有智能冷卻監控和自動冷卻啟動系統，當電池管理系統識別到電芯已觸發熱失控，能夠通過BMS和云端雙重監控，確保整車快速開啟冷卻系統，抑制熱擴散。

曹永強尤其強調了他們一張大冷板的集成式設計。"連接軌道和接頭數量多，很容易導致破裂或接頭不良，從而導致整個冷卻系統失效。"

大禹電池冷卻系統采用單張大冷板和箱體集成設計方法，能有效防止管路因高溫泄漏和爆裂問題，并且可根據電芯和模組熱失控溫度狀態，智能調節冷卻系統的開閉時間、流速、流量等，實現不同熱失控條件下、高效冷卻策略。

3仿真分析：縮短開發周期和風險

為了驗證大禹電池技術的安全，長城汽車通過仿真分析實驗，構建了整包級熱失控燃燒模型。據曹永強介紹，該燃燒模型實現氣流和火流多維度擬合仿真，顛覆了在熱失控領域先開發再測試的傳統方式，實現無實包條件下全數字化熱失控虛擬仿真。

曹永強說，傳統模式是先設計一款電池包，通過加工、制樣，再組裝，最后將電池包抬到測試地點進行測試，再進行線束采集監測，周期長、人員投入大，還可能有很多情況監測不出來。

為了解決這個問題，長城汽車開創了熱失控虛擬測試技術。在電池包設計完成之前，他們就可以開展熱失控測試，在電池包設計凍結之前，他們已經開展了幾十上百次的熱失控測試，因此他們對電池包內的每一個位置的溫度，每一個電芯的狀態，都非常清楚。

電池包里面的實時壓力，也可以通過仿真手段在前期識別出來，這對他們工作起到了極大的便利性，因為他們可以了解每個原器件、防護件要承受多少壓力，他們根據壓力直接選型即可。

他們還仿真了電池包熱失控后，溫度在電池包如何擴散，擴散到不同維度、層面所帶來的影響。曹永強介紹說，他們完全能夠實時的掌握流量分配，并且可以提取流量大小，熱量的多少等數值，并據此來調整冷卻系統的工作模式。

可以說，通過這個模型，長城可以提取電池包內任何剖面、任何結構熱失控的參數，對熱失控的全周期狀態都能進行預測。在曹永強看來，這是實際測試條件下不可能做到的。

4測試結果及應用領域

當然，設計效果如何還得靠測試驗證。

依據測試標準：GB38031－2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》，長城汽車選取行業最具挑戰的三元811體系高鎳大容量電芯進行測試。

通過加熱方式進行熱失控觸發，采用兩個電芯持續觸發的測試方式，觸發位置選擇了模組的中間電芯。

測試中持續發生3次多個電芯集聚觸發熱失控，溫度最高達到1037℃，電池包內氣壓達到三次高峰，瞬間最高氣壓約16kPa，通過滅火系統抑制電池包外溢煙霧最高溫度低于100℃，防止對周圍出現二次傷害。

曹永強解釋說，關于三元811體系電芯而言，雖然針刺和加熱劇烈程度相當，但加熱出現的大量熱源要比針刺嚴苛的多，所以測試采用加熱觸發。

當然電池技術的兼容性也很重要。大禹電池技術不僅可滿足未來不同化學體系的電芯，還能滿足不同PACK的應用技術，包括，未來CTC（CelltoChassis）電池PACK和融合的技術。

針對媒體關注的成本和電池包重量是否新增方面。曹永強表示，他們選取的這些材料都非常容易購買，而且作為技術提升，他們沒有額外新增電池包的重量，在局部上還減少了材料應用，因此成本和電池包重量上都沒有明顯變化。

產業化方面，大禹電池技術將于2022年開啟對長城汽車旗下新能源系列車型的全面應用。其中，沙龍品牌第一款車型即將首搭大禹電池技術并亮相。