對於電動車而言，電池爆炸是相當危險的。前端時間凱迪拉克LYRIQ進行預售，主打就是電池安全，其在電池安全上有什麼黑科技呢？作為汽車行業工程師（不是凱迪拉克員工），帶你深度揭秘。

LYRIQ電池包的第一重防護——井字型框架架構

電池爆炸（熱失控），不可控外力導致的熱失控是比較難以防護的，比如擠壓變形、碰撞等。因為電池包很重，只能佈置在底盤底部，在過坑窪、大坡道、碰撞事故等不可控因素下，容易讓電池包受損，因此對電池包的防護是重中之重。

去年凱迪拉克LYRIQ技術宣講的時候，解析了LYRIQ電池包的防護措施，我對它的硬體基礎還是比較熟悉的。它採用了高強度的井字形框架結構，使用多根1500MPa 超高強度鋼橫樑進行加固，12模組的電池包有5根橫樑。上蓋總成採用1500MPa超強側邊防護梁，托盤總成採用1000MPa的底部防護，高強鋼應用佔比約61%，超高強鋼應用佔比37。5%，這個用料比例很像白車身的籠式結構了。

圖 Ultium平臺電池包的安全性防護相當嚴苛

不過耳聞為虛，眼見為實，透過拆解，更直觀地看到了這款電池包的包裹結構。比如下圖是拆解時的照片，可以看到這塊電池包是12模組，7橫樑，橫樑不但提高了電池包的整體強度，還將每塊模組隔離起來，遇到碰撞變形也有緩衝間隙。

圖 Ultium平臺電池包拆解結構（井字型框架）

從一些細節也能看出來，比如電池包四周都有突起的加強結構，採用1000MPa的防護結構，非常類似於汽車前後的防撞梁，在碰撞的時候能夠充分吸能緩衝，降低對電池的傷害。這個梁採用的超高強度鋼材，而目前市面上常見的電池包加強結構是擠壓鋁或鑄鋁，強度在350MPa-450MPa之間。Ultium平臺電池包結構性強度還是有優勢的。當然，這種用料和工藝也有劣勢，一個是不好看，一個就是鋼很重，會導致電池包的質量密度資料不好，算是為了安全的妥協吧。

圖 電池包突起的加強結構

從暴力柱碰的結果也可以看出，依靠這種類似防撞梁的吸能變形，在如此工況下內部電芯的變形量幾乎為0，因此導致熱失控爆炸的風險很低。

圖 防撞包圍有明顯變形，但是內部電芯幾乎無變化

LYRIQ電池包的第二重防護——獨立式熱管理

不知道大家有沒有關注，有一些電動車在充電或者日常駕駛時，甚至是停車期間也會莫名其妙地自燃，其實這就是缺乏良好熱管理惹的禍。比如下圖所示，假設某一個電芯溫度異常升高，達到100℃以上，導致SEI膜分解，嵌鋰碳負極與溶劑反應，進一步導致各種反應引起熱失控。如果在源頭就避免電芯的溫度升高，那麼就不會發生爆炸現象。

圖 電芯異常升溫導致熱失控的原理示意圖

由於新能源還在蓬勃發展中，目前市場上魚龍混雜，不同價格帶，不同品牌的純電動車熱管理型別有很多種，比如自然冷卻、風冷、液冷等，廉價車往往採用自然冷卻或風冷，而高階車型會使用液冷。LYRIQ的奧特能平臺一步到位，採用了行業領先的整合式獨立液冷板設計，這也是一大亮點。比起業內常見的電池包集中式液冷板設計，換熱效果能提高約10%。

圖 整合式冷卻板設計，是透過結構設計提高系統性能的案例

此外在BDU電池分段單元裡也放置了液冷板，業內這樣的設計並不多見，它可以使BDU單元支援>1200A的峰值電流負載，發熱最高溫度<65°C，消除對周圍零件熱影響，也能夠提高可靠性，可以說對影響電池安全的環節都進行了保護。

圖 電池分段單元的冷卻模組

LYRIQ電池包的第三重防護——熱隔阻

有了堅固的外殼能防止外力導致的熱失控，有了獨立熱管理能防止鋰電池內部的熱失控，萬一還是出現了熱失控怎麼辦呢？很多車企使用了防爆閥來應對，利用氣體分子與液體及灰塵顆粒的體積大小數量級差，讓氣體分子透過而液體、灰塵無法透過，從而實現防水透氣的目的，當遇到熱失控臨界點時，電池包內氣壓急劇升高，這時候電池包就有爆炸的危險，所以防爆閥就成了突破口，能夠及時洩壓，平衡內外壓力差。奧特能平臺也採用了這個技術，但顯然不侷限於此。

圖 防爆閥設計

作為亮點之一，LYRIQ電池包熱隔阻採用了航空級氣凝膠設計方案。這東西看起來就像一塊抹布，但是卻很神奇，比如下圖拆車實驗室以身試法，驗證了它熱阻隔的效果。

圖 熱隔阻的神器：氣凝膠

氣凝膠的神奇之處在於它的孔隙率佔整體積的90%以上，孔隙平均直徑為50-60nm，比空間分子的自由行程70nm還小。在如此小的空隙中，空氣幾乎無法流動，從而抑制了空氣的對流導熱；由於大量奈米級孔洞的存在，使氣凝膠材料具有無限多的孔壁，這些孔壁均可視為輻射的反射面和折射面，從而阻隔了輻射導熱。

我以前的母校的汽車學院就做過類似試驗，在兩個鋰電池中間放了氣凝膠，然後讓一個鋰電池熱失控燃燒，看會不會影響到另一個鋰電池。

圖 類似技術試驗

從溫度資料也可以看出，雖然熱失控的鋰電池劇烈燃燒，釋放出大量的熱量，但是得益於這個神奇的氣凝膠，被隔阻的鋰電池最高溫度也只有75℃，不受影響，說明氣凝膠確實很神奇，能有效隔阻熱量的傳遞和輻射。

圖 氣凝膠隔熱效果圖（真實資料難以看懂，我做了簡化）

凱迪拉克LYRIQ上使用了新一代氣凝膠，作為隔熱牆，隔熱溫度超過600℃，即使一個電芯發生熱失控，仍能有效阻止熱量擴散至相鄰的電芯，實現電芯之間的熱傳導阻隔。相較於目前主流的雲母板或者防火毯方案，氣凝膠顯然更好。

圖 凱迪拉克LYRIQ在每個芯體間加入了氣凝膠

當然，為何其他車企暫時還沒有跟進呢？一方面作為新技術，中國氣凝膠的生產商還比較少；另一方面目前氣凝膠很貴，據我瞭解，電池包規格的材料價格1000元/kg以上，應用到電池包上消費者也看不見，投入與收益不成正比，很多車企就用雲母板妥協了。

小結

從這次拆解影片來看，奧特能平臺下電池包的主被動安全做的非常到位，大膽應用了行業領先的防護技術將LYRIQ全方位武裝了，可以說為了安全犧牲了重量、空間利用率、成本！

我也希望以奧特能平臺的電池安全為代表，車企在電池包安全上“卷”起來， 讓電池更加安全可靠。