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?？焖俪潆娊o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。

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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)。

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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。

編輯：黃飛

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