烟台市开发区黄河路270号,是创为新能源的办公场地。2年前,由于业务规模的扩大,创为新能源从一座小工业园里迁居于此。
2015年张立磊带领团队创建这家公司,凭借对趋势的把握,赶上了一个时代的风口,就是锂电大潮的到来。锂电池相继在商用车、乘用车规模化应用后,开始往电动船舶、5G基站、数据中心、储能电站、电动自行车等多个行业领域渗透,电动一切的时代已经到来。
但锂电普及并非一路坦途,安全性是锂电的阿喀琉斯之踵,已成为全社会无法回避的问题。电池着火的事情经常发生,不停刺激消费者的神经,人们不禁要问:锂电真的靠谱吗?
作为国内锂电热失控预警及智能消防领域的开拓者,创为新能源从成立起一直聚焦在“锂离子电池热失控监测预警和防护技术”这个细小的赛道上,在定位上与当下绝大多数的公司相区隔。
长期以来,头顶锂电光环的都是宁德时代、比亚迪等独角兽,类似创为这样的“幕后英雄”并不为广大消费者熟知。
业界首创的热失控模型
事实上,在过去5年里,烟台创为自主研发的动力电池热失控监测预警技术已成功为新能源汽车配套电池箱火灾防控装置30余万套,自动检测百余起电池热事故,从电池漏液监测,到电池热失控,到箱内起火自动触发报警灭火,烟台创为将百余起起隐患事故扼杀于萌芽的“温床”,从无一起漏报误报,引领了动力电池火灾热失控技术的规模化应用。
在这背后,让创为引以为傲的是其在业界首创的锂电池热失控模型。在创为看来,电池内部的热失控是引发电池自燃、发生大面积事故的一个核心原因,而行业对电池热失控会产生什么样的危害并没有充分认识和相应重视。
锂电池作为一个巨大的能量体,如何将安全化变被动为主动?是创为研发部门一直在思考的问题。这个团队由化学、物理、数学等多个专业背景混搭而成,通过大量的电池热失控试验来测试各种厂家不同类型电池在相同或不同情况下的热失控反应,来寻找锂电池热失控的源头。
在创为新能源的实验室里,摆满了做过实验的废旧电池。“我们每个月做实验的电芯都在100KWh以上。”烟台创为新能源科技股份有限公司技术总监赵怡锋介绍说。
创为实验室里的废旧电池
长年累月的实验过程是非常宝贵的财富,针对电池外部短路、内部短路以及最终热失控反应,创为通过归纳热失控导致的各种变量之间的内在关系,最终形成精确的建模仿真,再利用上述的仿真技术和算法,及时实现电池火灾隐患的早期预警和智能控制。
创为新能源总工李明明告诉“储能100人”,相比传统消防企业,创为更加重视早期预警的重要性。“如果电池一旦形成热蔓延或者热扩散以后,再进行安全消防已经是非常滞后了。”
创为的拳头产品锂电热失控探测控制器
一般来说,电池内部某个电芯的热失控,往往远早于发现车辆自燃的时间。第一块电芯热失控的火种会在将近半小时内蔓延至整个电池包,并逐渐造成车辆自燃。由于没有良好的监控和报警系统,车辆往往无法快速对其余电池组进行降温保护,也无法联网通知消防部门及车主,最终造成巨大的损失。
创为的研究表明,热事故前期,电池内部及温度变化非常缓慢,多是电解液泄露与少量气体状态,肉眼是无法发现的;第二阶段是肉眼可观测范围,有大量的烟雾或者是白色气体冒出;第三阶段是温度和声觉可感知状态,温度急剧升高,最终起火爆炸。
要想实现准确地预警,首先,传感器应用必不可少,创为在探测器内部安装了多种传感器,对电池Pack内部VOC气体、CO、烟雾、温度等进行实时监测和数据采集,大量的数据是预测的基础;其次,算法是一切的核心,创为采用的火灾神经网络这种算法是一种多参数的复合运算,基于不同的电池和场景,进行分层预警,最终的目标是实现机器自学习。
目前,创为新能源的锂电探测控制器已经更新至第四代,在产品重量和体积上仅为原来的三分之一。根据电池包不同的表征状态,创为的预警系统可以按严重程度分级来提醒操作人员采取相应的应对措施。在极端严重的情况下,系统会自动强制启动灭火装置对电池组进行淹没式火灾抑制。
延伸、演进与一体化
安全是一个系统性的工作,以“锂电池热失控模型”为核心,创为正将自身的业务进行横向纵向延伸。
热失控的因素有很多,”帮凶”之一便是温度。电池的习性与人相似,它既受不了太热,也不喜欢太冷,最适宜的工作温度在10-30°C之间。
基于自身多年对电池的了解,创为于今年正式切入电池热管理领域,其研发的液冷式热管理系统已经在市场中投放应用。
“热管理的行业瓶颈不是空调系统,而是电控集成模块的控制逻辑以及技术成熟度。”在赵怡锋看来,创为的电池热管理系统,其核心技术可以通过压缩、散热、节流、吸热过程调整,可以实现多模式互换,满足电池不同状态、不同环境的安全需求。
创为于2020年正式切入热管理领域,图为新产品液冷式热管理系统
更重要的是,基于热失控技术创新,它可以与原有的业务实现完美结合,可实现系统故障自检、安全保护、智能故障反馈,为客户提供一体化的解决方案。
消防常常被誉为是安全的最后一道防线,如果发生火灾,必须要有有效的措施将火扑灭。目前行业采用的灭火剂主要有七氟丙烷、全氟己酮等,但当下不同容量、不同体系的电芯配置的灭火剂量基本没有差别。
与其他火灾相比,锂电池火灾有着与众不同的特点,扑灭非常困难。不管是七氟丙烷还是全氟己酮,只能扑灭锂电池表面明火,由于电池箱本体结构,即使电池箱外部明火被熄灭,电池箱内部的仍然发着烧,极易复燃。锂电池一旦复燃,多数情况下也只能束手无策。
大量的实验证明,只有利用大量的水进入电池PACK内部进行持续降温,才能彻底灭火。破解的难题在于,受制于电池箱的安装车体位置的局限,外部消防水源无法直达电池箱内部。
创为的新产品水消防专用智能接入装置,利用原有的消防通道与外部的水源连接
目前,创为已经找到了彻底解决新能源客车复燃的灭火方案,研发出了消防专用智能接入装置,利用原有的消防通道与外部的水源连接,一旦发生电池冒烟起火,装置立即自动显示起火电池的位置并打开通道,接入水源,对电动客车动力锂离子电池箱的火灾进行持续抑制,实现彻底灭火。
2020年5月份,工业和信息化部组织制定了《电动汽车用动力蓄电池安全要求》《电动汽车安全要求》和《电动客车安全要求》三项强制性国家标准,这三项强标增加了对电动汽车电池系统热事件报警信号的要求,明确要在事故发生五分钟前,给驾乘人员发出安全预警信号,在电池单体发生热失控后,电池系统要在5分钟内不起火不爆炸,为乘车人员预留安全逃生时间。
这些新规为创为的预警和消防产品的推广和应用提供了更为广阔的空间。李明明表示,公司正在发力攻克“三元系电池”预警难题,与国内知名大学专家联合组建了创新团队,主要针对三元电池进行热失控监测预警技术研究。
和铁锂体系不同的是,三元正极材料易发生分解反应、释氧,会更加快速地发生热失控。如果将这一问题攻克,无疑将进一步扩大公司新能源乘用车电池箱专用的自动灭火装置市场份额。
“储能电池随着行业的拓展,它的应用场景越来越多,我们将坚定不移地聚焦在储能安全上,希望有锂电池的地方就有创为。”李明明最后说。