工程师揭秘凯迪拉克LYRIQ电池包，安全的上限在哪里？

对于电动车而言，电池爆炸是相当危险的。前端时间凯迪拉克LYRIQ进行预售，主打就是电池安全，其在电池安全上有什么黑科技呢？作为汽车行业工程师（不是凯迪拉克员工），带你深度揭秘。

LYRIQ电池包的第一重防护——井字型框架架构

电池爆炸（热失控），不可控外力导致的热失控是比较难以防护的，比如挤压变形、碰撞等。因为电池包很重，只能布置在底盘底部，在过坑洼、大坡道、碰撞事故等不可控因素下，容易让电池包受损，因此对电池包的防护是重中之重。

去年凯迪拉克LYRIQ技术宣讲的时候，解析了LYRIQ电池包的防护措施，我对它的硬件基础还是比较熟悉的。它采用了高强度的井字形框架结构，使用多根1500MPa 超高强度钢横梁进行加固，12模组的电池包有5根横梁。上盖总成采用1500MPa超强侧边防护梁，托盘总成采用1000MPa的底部防护，高强钢应用占比约61%，超高强钢应用占比37.5%，这个用料比例很像白车身的笼式结构了。

图 Ultium平台电池包的安全性防护相当严苛

不过耳闻为虚，眼见为实，通过拆解，更直观地看到了这款电池包的包裹结构。比如下图是拆解时的照片，可以看到这块电池包是12模组，7横梁，横梁不但提高了电池包的整体强度，还将每块模组隔离起来，遇到碰撞变形也有缓冲间隙。

图 Ultium平台电池包拆解结构（井字型框架）

从一些细节也能看出来，比如电池包四周都有突起的加强结构，采用1000MPa的防护结构，非常类似于汽车前后的防撞梁，在碰撞的时候能够充分吸能缓冲，降低对电池的伤害。这个梁采用的超高强度钢材，而目前市面上常见的电池包加强结构是挤压铝或铸铝，强度在350MPa-450MPa之间。Ultium平台电池包结构性强度还是有优势的。当然，这种用料和工艺也有劣势，一个是不好看，一个就是钢很重，会导致电池包的质量密度数据不好，算是为了安全的妥协吧。

图电池包突起的加强结构

从暴力柱碰的结果也可以看出，依靠这种类似防撞梁的吸能变形，在如此工况下内部电芯的变形量几乎为0，因此导致热失控爆炸的风险很低。

图防撞包围有明显变形，但是内部电芯几乎无变化

LYRIQ电池包的第二重防护——独立式热管理

不知道大家有没有关注，有一些电动车在充电或者日常驾驶时，甚至是停车期间也会莫名其妙地自燃，其实这就是缺乏良好热管理惹的祸。比如下图所示，假设某一个电芯温度异常升高，达到100℃以上，导致SEI膜分解，嵌锂碳负极与溶剂反应，进一步导致各种反应引起热失控。如果在源头就避免电芯的温度升高，那么就不会发生爆炸现象。

图电芯异常升温导致热失控的原理示意图

由于新能源还在蓬勃发展中，目前市场上鱼龙混杂，不同价格带，不同品牌的纯电动车热管理类型有很多种，比如自然冷却、风冷、液冷等，廉价车往往采用自然冷却或风冷，而高端车型会使用液冷。LYRIQ的奥特能平台一步到位，采用了行业领先的集成式独立液冷板设计，这也是一大亮点。比起业内常见的电池包集中式液冷板设计，换热效果能提高约10%。

图集成式冷却板设计，是通过结构设计提高系统性能的案例

此外在BDU电池分段单元里也放置了液冷板，业内这样的设计并不多见，它可以使BDU单元支持>1200A的峰值电流负载，发热最高温度<65°C，消除对周围零件热影响，也能够提高可靠性，可以说对影响电池安全的环节都进行了保护。

图电池分段单元的冷却模块

LYRIQ电池包的第三重防护——热隔阻

有了坚固的外壳能防止外力导致的热失控，有了独立热管理能防止锂电池内部的热失控，万一还是出现了热失控怎么办呢？很多车企使用了防爆阀来应对，利用气体分子与液体及灰尘颗粒的体积大小数量级差,让气体分子通过而液体、灰尘无法通过，从而实现防水透气的目的，当遇到热失控临界点时，电池包内气压急剧升高，这时候电池包就有爆炸的危险，所以防爆阀就成了突破口，能够及时泄压，平衡内外压力差。奥特能平台也采用了这个技术，但显然不局限于此。