電池膨脹變化是鋰電池熱失控前的重要物理表征之一,。通過對模組內的壓力檢測,，獲得膨脹壓力變化數據，并以此建立基于壓力變化的早期預警算法,，顯得尤為重要,。
為解決用戶的補能焦慮,，車企和電池廠商正推動充電倍率從1C-2C向4C-6C升級，對應的SOC 30%-80%充電時長從15min-30min縮減至5min-8min,，電動汽車正在走向超級快充時代,。
11月1日，搭載寧德時代CTP 3.0麒麟電池的全球量產首發(fā)車型,，純電MPV極氪009正式上市,。
此次裝機的麒麟電池,，采用高鎳三元材料+硅基負極的組合，系統(tǒng)能量密度達255Wh/kg,，支持4C倍率快充,。
其他動力電池企業(yè)去年至今陸續(xù)推出的代表快充產品包括：
中創(chuàng)新航“800V高壓平臺快充鐵鋰/三元電池”：已裝機小鵬G9車型，其三元版電池能量密度達到250Wh/kg,，續(xù)航里程未來可突破1000km,。
蜂巢能源“蜂速4C快充電芯”：最新一代產品容量165Ah，能量密度大于260Wh/kg,，支持 800V平臺,，預計2023年量產。
孚能科技“SPS解決方案”：支持 800V平臺和4C 快充,，充電 10 分鐘續(xù)航400 公里,。
欣旺達“超級快充電池SFC480”：充電功率高達480kW，同樣實現充電10分鐘續(xù)航超400公里,。
巨灣技研“XFC 6C超充電池”：8分鐘充電0-80% SOC,，5分鐘充電30%-80% SOC，已裝機廣汽埃安V PLUS 70車型,。
可以看出,，在頭部電池企業(yè)的帶動下，快充電池有望在2023年啟動密集裝車配套,。
然而,，在消費者的續(xù)航、補能焦慮被逐步化解的同時,，安全焦慮仍然是繞不過去的“難關”,。由于高能量密度與安全性之間此高彼低的“蹺蹺板”關系，性能升級后的新一代電池為安全保障帶來的壓力也越來越大,。
電動汽車要實現超級快充,，需要從電壓和電流兩個方向進行提升。400kW級快充,，對應的充電電壓需要升至800V,，峰值電流500A+；小鵬汽車G9的480kW超充,，在800V架構下,，峰值電流更是達到了670A。
大電流讓電池內的鋰離子用盡可能快的速度從正極脫出,，嵌到負極的層狀結構中,。快速充電給電池負極帶來了很大挑戰(zhàn),，如果負極來不及消化,，那么鋰離子將會在負極沉積析出,，與電解液發(fā)生副反應。
快充過程中,，電池內部短時間內大量升溫,，將加劇上述副反應，導致電池內壓加大,。壓力達到一定程度,，電池開始膨脹，如膨脹力度超過外殼和泄壓閥（保護閥）的承受強度,，就會發(fā)生漏液,、起火，甚至爆炸,。
可以發(fā)現,，上述過程中，電池膨脹變化是鋰電池熱失控,，甚至爆炸前的重要物理表征之一。
而當下大熱的硅基負極與高鎳材料,，都會加劇鋰電池的膨脹（硅材料體積膨脹率超300%,，遠遠高于碳材料）。
對電池膨脹進行實時監(jiān)測
目前,，鋰電池熱失控的預警方向主要集中于溫度探測與氣體探測,。然而，往往在發(fā)生冒煙之前,，鋰電池就會產生明顯的膨脹形變,。
由于單體鋰電池膨脹會在鋰電池組內部造成極大的壓力變化，因此通過對模組內的壓力檢測,，獲得膨脹壓力變化數據,，并以此建立基于壓力變化的早期預警算法，便顯得尤為重要,。
高工鋰電獲悉,，鈦深科技（TacSense）獨家研發(fā)生產的壓力分布測量系統(tǒng)，將壓力傳感器植入電池模組內部,，通過BMS獲得實時的內部壓力數據,，可有效判斷電池的老化程度及推斷內部析鋰狀態(tài)，在產生安全風險之前及時進行預警,。
壓力分布測量系統(tǒng)由壓力薄膜感測片,、壓力采集主機和采樣系統(tǒng)軟件三部分構成，具備以下特點：
超薄,、柔性,、可彎折的壓力薄膜感測片,，單片最高16384個感測點，精準測量接觸面的壓力分布狀況,；
接觸壓力以2D或3D彩色壓力分布云圖的方式顯示,；
壓力分布數據實時進行自動統(tǒng)計，可導出進行二次數據分析或開發(fā),。
兩家不同電池企業(yè)三元電芯的實時壓力變化圖像
由于采用的是超薄膜柔性感測片,，其可以加載的位置，以及與BMS芯片的走線連接方式非常靈活,，相比于以往受體積所限的壓力檢測儀器,，具備強大的可集成性與兼容性，可以對電芯與模組端板之間實現全方位,、分布式,、無死角的壓力監(jiān)測。
對于電池局部析鋰出現鋰枝晶的情況,，陣列分布式膨脹力檢測可以實現“定點診斷”,、“對癥下藥”，精準識別和分析析鋰問題,。
在快充場景下,，壓力分布測量系統(tǒng)可根據膨脹力變化實時調節(jié)充電電流，提高充電效率的同時保障電池安全,、延長電池壽命,。
鈦深科技的思路是做電池的“觸覺表皮”，完善鋰電池的“五感器官”,，推進電池包智能化,。
實驗室-產線-裝機全鏈條應用場景
僅從熱失控檢測來概括鈦深科技壓力分布測量系統(tǒng)的功能是遠遠不夠的。作為一家專注研究力學傳感的企業(yè),，鈦深科技的目標是將力維度監(jiān)測嵌入電芯研發(fā),、生產、裝車,、梯次利用的全場景,。
研發(fā)仿真
膨脹力演變曲線，可以與溫度分布,、離子濃度分布,、電流電壓趨勢一同作為仿真數據報告的重要組成部分，對正負極,、電解液,、隔膜等關鍵材料的配方形成有效反饋。
結構方面,，根據模組模型內部的應力分布數據,，可判斷模組強度是否符合要求,。尤其對于刀片電池CTP/CTC等新一代集成設計，難以進行常規(guī)的物理限制或預留膨脹間隙處理,，更需要在前期完成力維度的精準仿真,。
單體電芯膨脹力測試
電池產線
化成工序中，如流程錯誤/處理不當,，會導致太多水分和雜質進入電芯,。使用壓力分布測量系統(tǒng)，不僅能幫助檢測端剔除不合格電池,，還能夠將壓力分布數據實時反饋給化成壓力機臺,，提升產線點檢效率、調機效率,、產品良率,。
化成工序檢測
其六通道化成測試系統(tǒng)方案可以實現：
同時檢測化成設備前、中,、后段共6個位置的壓力分布及壓力數據,；
分區(qū)式傳感器設計，單張壓力薄膜感測片同時檢測多達20個電芯,；
抓取并統(tǒng)計電池四角及四邊壓力實現自動判定,，一鍵生成化成設備壓力分布測試報告。
此外,，對于熱壓貼合設備，壓力分布測量系統(tǒng)可以替代傳統(tǒng)壓敏紙,，實時檢測熱壓頭的壓力分布情況,，量化判定受壓壓力均勻度。
對于輥壓設備,，壓力分布測量系統(tǒng)可以實時測出軋輥的平行度,、同軸度、圓柱度異常,，并可以幫助進行軋輥兩端的縫隙調節(jié)測試,。
總體而言，目前通過電壓,、電流,、溫度三個數據維度去監(jiān)控動力電池從研發(fā)到裝機的安全和健康狀態(tài)遠遠不夠。不從力維度深入了解電池變化機制,，無法推進下一代高能量密度電池的產業(yè)化進程,。
鈦深科技的壓力分布測量系統(tǒng)，已經覆蓋了電池仿真研發(fā),，及電芯卷繞/化成,、模組pack等工序檢測環(huán)節(jié),，并可滿足裝機后長期循環(huán)充放電實時監(jiān)測的場景需求。
未來,，鈦深科技還將進一步延伸向電池后市場,，實現動力電池的殘值評估，全方位改變電池研發(fā),、制造,、運營的整體圖景。
100%自主知識產權解決“卡脖子”
此前,，市場上的壓力檢測核心技術,，尤其是壓力傳感器幾乎均來自國外公司，鈦深科技的壓力分布測量系統(tǒng),，則實現了從元器件到軟件算法100%自主知識產權的國產化替代,。
其核心壁壘“超薄膜柔性感測片”黑科技源自于鈦深科技首席科學家在美國任教時所提出的，不同于現有電阻式,、電容式和壓電式的,，第四代傳感機理-界面離電觸覺傳感技術。
然而,，在新能源產業(yè)這條賽道上,，喪失先機的美國并沒有足夠優(yōu)良的、可供新一代鋰電池技術成長的土壤,。中國動力電池過去10多年在研發(fā)領域所積累的knowhow和經驗,，所能給到的驗證環(huán)境及強大支撐，是國外不可能具備的,。
另一方面,，觸覺傳感技術是相關部門點名的29項核心“卡脖子”技術之一，迫切需要引進先進人才進行突破,。
多方面因素交匯下,，創(chuàng)始團隊認為國內才是加速離電觸覺傳感技術產業(yè)化落地的最好環(huán)境?；貒?，鈦深科技深度參與國內電芯廠商、整車廠,、測試機構等全產業(yè)鏈的力維度監(jiān)測應用場景,，于產測數據端積累了豐富的經驗。
其正式推出的全球首代第四代柔性離電觸覺傳感技術（FITS）信噪比高達4000:1,，相比傳統(tǒng)壓感技術提高1-2個數量級,；受益于簡潔的結構設計及獨家材料優(yōu)勢，傳感器相比國外競品成本降低最多達90%；并更貼近本土的電池使用場景,。
鈦深科技向高工鋰電分享到,，團隊的目標是做中國自主知識產權的壓力監(jiān)測工具，讓其成為新一代動力電池行業(yè)基礎設施,，打通電池全生命周期,，賦能產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)，最終可以影響全球,，從而使電池監(jiān)測系統(tǒng)和動力電池一樣,，成為中國領跑國際新能源賽道的一張名片。
更多信息可以來這里獲取==>>電子技術應用-AET<<
