趋势技术（1）－电池系统的热电分离设计

最近、以及刚刚结束的2022世界新能源汽车大会，有一个技术趋势是值得关注的，感觉它将很快成为后续电池系统设计的标配。宁德时代的NP2.0中有它的身影、中创新航的TPP2.0有它的身影、特斯拉4680中有它的身影，上汽“魔方”电池也有它的身影。

这个技术主要是更好地提升对热失控的防护，你可能已经想到了－“电芯泄爆阀向箱体喷发”，但我觉得中创新航对它的概况更到位、更准确，也更启发性－“热电分离设计”。

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为什么突然对它感兴趣？

因为我感觉当前的电池系统技术发展阶段，正处于某种量变到质变的、“被压制的”、技术成熟过程中，新的技术已经百花齐放、雨后春笋般的涌现出来，短期技术方向明确、技术方案趋于同质化，技术红利越来越少，成本占主导会越来越明显。这种状态极适合于一种全新的技术迸发出来，将整个系统技术架构再次提升到一个新的水平，享有新的技术红利。

电芯的热失控防护也正处于这种状态，而热电分离就是通向下一代防护技术的必经之路。目前对电芯的热失控防护主要集中在对“热”的防护，隔热阻热、耐火烧、冷却等都是以“热”为中心的设计。这是无可厚非的，因为最终导致电芯发生起火爆炸的一定是“热”这个直接因素，其他滥用像短路、碰撞、过流过压等，最后都需要转化为“热”。对于热的防护国内的技术与方案，包括产业已经非常成熟了。

为什么现在对“电”又特别有兴趣，因为在很多情况下，当前的“热”防护方案，阻断热是没有问题的，但是电芯热失控喷发出来的气－液－固混合体非常容易引起热失控的“二次危害”，其中由“电”造成的二次危害是最严重的，像电弧（击穿金属板、烧熔金属板等）、短路、绝缘失效等。在这种情况下，本来可以压制住的热失控，瞬间就变成无法控制了。

也就是说在目前的国标上，你想实现“5分钟”不起火，仅靠对“热”的防护是没有问题的；但如果你想进一步，到达真正的“无热失控蔓延”，你就必须得考虑到“电”的因素，考虑到对“电”的防护，考虑到“热”失控后整包所处的状态。

热电分离的设计就可以很好地解决这个诉求。

有了这个想法，你就可以不受4680或宁德时代电芯设计的约束，你可以根据自己当前的电芯现状来构思新的防护。根据电芯泄爆阀的位置，我们可以把当前的电芯分为几类：

（1）4680类，即电芯的泄爆阀布置在电芯底部，和正极端相反，这种设计它天然具体热电分离的前提条件，在集成时只需做好底部泄放空间的引导和固定，在电芯正极端完成电连接，代表产品是Model Y 4680 CTC；像宁德时代或大众可能推出的泄爆阀在电芯底部的，均属于这一类；它的热、电空间分别是底部和顶部，在Z向分离；

（2）刀片类，这种电芯主要特点是长度比较长，两端出输出极，然后泄爆阀布置在电芯的侧边，它在成组是侧放的，电芯之间的电连接是在侧边完成；中创新航就属于这一类，它的热、电空间分别是底部和横向，在Z向和Y向分离。

关于这个方案，多说一点，因为长刀、短刀现在是比亚迪包括蜂巢主推的产品，尤其是比亚迪，之前说比亚迪在刀片技术上有一些困境的了，其中一个就是三元热失控的防护。这个侧向热、电分离的思路恰好可以弥补它的一个不足，如果比亚迪想摆脱磷酸铁锂对刀片电池的束缚，这是一条可行性极高的方案。

（3）常规电芯，即泄爆阀仍然和电芯的输出极位于同一端。这个从根源上是没法进行完全热电分离的，但可以把对“电”的影响降低至最低。上汽的“魔方”是一个思路，你也可以直接把电芯倒置，在这种方案下，你需要解决三个问题：一是电芯的固定；二是电芯的电连接；三是电芯热失控通道的构建。基本上你会两个方向，一个是在下箱体构建出相应电芯固定和泄爆的通道，第二个是做一种多功能集成汇流排，在下箱体上完成电连接+泄爆通道的构建。

除了这种热电分离设计之外，如何更快速、更安全地断开主回路，也是需要应对的挑战所在。