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電動(dòng)汽車(chē)安全問(wèn)題拷問(wèn):電池是如何失控的?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1208次  |  2020年04月30日  

針對(duì)蔚來(lái)汽車(chē)召回事件,蔚來(lái)(NYSE:NIO)的電池模組供應(yīng)商寧德時(shí)代(300750.SZ)公布聲明稱(chēng),此次召回的電池包箱體和寧德時(shí)代供應(yīng)的模組結(jié)構(gòu)出現(xiàn)干涉,在某些極端條件下可能出現(xiàn)低壓采樣線(xiàn)束短路風(fēng)險(xiǎn),存在安全隱患。該批次模組采用定制化設(shè)計(jì),該設(shè)計(jì)僅使用于此次召回的4803輛ES8產(chǎn)品。


此前蔚來(lái)在召回通告中則稱(chēng),事故車(chē)輛使用的模組內(nèi)的電壓采樣線(xiàn)束存在由于個(gè)別走向不當(dāng)而被模組上蓋板擠壓的可能性。在極端情況下,被擠壓的電壓采樣線(xiàn)束表皮絕緣材料可能發(fā)生磨損,從而造成短路,存在安全隱患。


此次蔚來(lái)召回事件是我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展史的一個(gè)插曲。


在我國(guó),已有200萬(wàn)位新能源汽車(chē)消費(fèi)者愿意嘗試這一新的能源形式下的交通工具,但他們遲遲得不到權(quán)威部門(mén)的著火事件調(diào)查結(jié)果,頻頻爆出的自燃事件勢(shì)必會(huì)動(dòng)搖他們的采購(gòu)和示范信心。


截至發(fā)稿前,尚未有國(guó)家權(quán)威部門(mén)就2018年至今一系列新能源車(chē)起火事件公布調(diào)查結(jié)果來(lái)安定民心。


假如不能明確原因,就無(wú)法解決安全問(wèn)題。關(guān)于全球新能源汽車(chē)第一消費(fèi)大國(guó)——我國(guó)來(lái)說(shuō),將是一場(chǎng)信心災(zāi)難:比如大部分車(chē)輛停車(chē)時(shí)都會(huì)自覺(jué)遠(yuǎn)離電動(dòng)汽車(chē);比如不少外企在做日常會(huì)議前的safetysharing時(shí)建議員工遠(yuǎn)離正在充電的電動(dòng)汽車(chē)。


2019年五月,我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成11.2萬(wàn)輛和10.4萬(wàn)輛,同比分別上升16.9%和1.8%。相較于2018年百分之幾十的同比上升來(lái)說(shuō),今年我國(guó)新能源車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)增速放緩。


但作為全球新能源汽車(chē)應(yīng)用的急先鋒,我國(guó)仍在提速推廣進(jìn)程。


2018年十一月,我國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)公布《汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃八大重點(diǎn)工程執(zhí)行方法》:計(jì)劃到2025年,新能源汽車(chē)年銷(xiāo)700萬(wàn)臺(tái),保有量達(dá)2000萬(wàn)臺(tái),燃料動(dòng)力電池汽車(chē)推廣5萬(wàn)臺(tái),混合動(dòng)力車(chē)型市場(chǎng)占比達(dá)到20%。


不僅是我國(guó),由于節(jié)能減排政策的政策壓力,全球范圍內(nèi)新能源汽車(chē)已經(jīng)大勢(shì)所趨。


羅蘭貝格預(yù)測(cè):至2020年,全球當(dāng)年新售車(chē)輛中約有15%為新能源汽車(chē);至2030年,新能源汽車(chē)銷(xiāo)量將超過(guò)傳統(tǒng)燃油汽車(chē),占當(dāng)年銷(xiāo)量的57%,達(dá)5900萬(wàn)輛/年。


要想在這個(gè)保守估計(jì)不下于10萬(wàn)億元產(chǎn)值規(guī)模的市場(chǎng)上達(dá)到上述預(yù)測(cè)銷(xiāo)量,從系統(tǒng)上消除消費(fèi)者的恐慌是前提。


嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)


正如我國(guó)科學(xué)院院士、我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高所指出的那樣,新能源汽車(chē)起火是產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題,不是技術(shù)路線(xiàn)問(wèn)題。


電動(dòng)汽車(chē)起火大部分原因在于電池起火,電池起火的原因重要在于電池?zé)崾Э亍?/p>

所謂的熱失控,是指動(dòng)力鋰電池在工作的時(shí)候會(huì)發(fā)熱,當(dāng)電池溫度過(guò)高或充電電壓過(guò)高時(shí),電池內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)連鎖的化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致電池內(nèi)壓和溫度急劇上升,引發(fā)電池?zé)崾Э夭⒆罱K導(dǎo)致燃燒。


電池?zé)崾Э氐脑蛴懈鞣N各樣的,有可能是電池包本身溫度不均勻,有局部區(qū)域溫度高、外短路、內(nèi)短路等等原因引發(fā)著火。


動(dòng)力鋰電池科技公司遠(yuǎn)景AESC我國(guó)研發(fā)負(fù)責(zé)人林玉春在接受記者采訪時(shí)表示,隔膜設(shè)計(jì)是影響電池內(nèi)短路發(fā)生的重要因素之一。假如隔膜設(shè)計(jì)余量不夠或者設(shè)計(jì)方向不對(duì),會(huì)影響隔膜的機(jī)械延展性與柔韌性,導(dǎo)致充電過(guò)程出現(xiàn)萎縮,繼而正負(fù)極相互接觸,造成短路。


同時(shí),在生產(chǎn)工藝中把控不嚴(yán),電芯混入金屬顆粒,這些雜質(zhì)在充放電過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致電極表面差異反應(yīng),不斷積累后會(huì)刺破隔膜,從而導(dǎo)致短路。


一旦有一顆電芯出現(xiàn)問(wèn)題,如短路、斷路等,將影響電池組內(nèi)其他電芯,從而造成內(nèi)部出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題,最終導(dǎo)致安全問(wèn)題。


特斯拉這種用串聯(lián)電路的電動(dòng)汽車(chē)尤為危險(xiǎn)。軟銀我國(guó)投資的臺(tái)灣固態(tài)電池生產(chǎn)公司輝能科技股份有限公司行銷(xiāo)經(jīng)理許容禎告訴記者,特斯拉擁有4416顆鋰離子電池,只要一個(gè)環(huán)節(jié)做的不好,就會(huì)發(fā)生連鎖反應(yīng)。


BMS技術(shù)需提高


除電池廠和充電公司努力外,整車(chē)廠其實(shí)要承擔(dān)的責(zé)任并不輕。因?yàn)殡姵毓芾硐到y(tǒng)(BatteryManagementSystem,下稱(chēng)BMS)是電動(dòng)汽車(chē)整體架構(gòu)中的重要要素,而這些目前都由整車(chē)廠來(lái)負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。


BMS是處于動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)的核心位置,是電池保護(hù)和管理的核心部件。BMS不僅要保證電池安全可靠地使用,更要控制電池組的充放電,并在整車(chē)控制器上報(bào)動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)的基本參數(shù)和故障信息,可謂是電池、整車(chē)控制器和駕駛者之間的橋梁。


一家大型鋰電廠中層對(duì)記者表示,熱管理系統(tǒng)在BMS中較為重要。熱管理系統(tǒng)的基本工作原理是通過(guò)冷卻或者加熱的方式使電池包的溫度維持在一定的溫度范圍從而保證電芯的性能發(fā)揮及壽命。


熱管理系統(tǒng)重要分為三類(lèi):加熱系統(tǒng),風(fēng)冷系統(tǒng)和水冷系統(tǒng),不同的設(shè)計(jì)方法的工作原理不同,但都存在引發(fā)電池包熱失控的可能性。


首先,關(guān)于水冷系統(tǒng),它是通過(guò)液體對(duì)流交換,帶走熱量降低電芯溫度的一種熱管理方式,但是水冷板通常位于電池包的底部,安置于車(chē)輛的底盤(pán),車(chē)輛長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中對(duì)水冷板的異常撞擊,底部刮蹭,或者水冷設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期可靠性失效,可能使其發(fā)生冷卻液泄漏,進(jìn)而導(dǎo)致電池包絕緣失效引起整車(chē)熱失控。


第二,風(fēng)冷系統(tǒng),它是以空氣為為介質(zhì),利用熱對(duì)流降低電芯溫度的一種熱管理方式,但風(fēng)冷設(shè)計(jì)會(huì)提高電池系統(tǒng)的密封設(shè)計(jì)難度,車(chē)輛長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程密封結(jié)構(gòu)失效,使其存在陰雨天行駛進(jìn)水從而絕緣失效導(dǎo)致熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。


最后,關(guān)于重要應(yīng)用在寒冷地區(qū)的電動(dòng)汽車(chē)會(huì)使用加熱系統(tǒng),其原理是利用加熱膜來(lái)對(duì)電池包加熱,使其維持在合理的工作溫度范圍內(nèi),保證電芯性能發(fā)揮。加熱膜的發(fā)熱功率設(shè)計(jì)或者裝配方法設(shè)計(jì)不合理,又或者其長(zhǎng)期可靠性失效,也可能會(huì)導(dǎo)致電池包絕緣失效,進(jìn)而引發(fā)熱失控事件。


上述鋰電廠中層表示,熱管理這些問(wèn)題目前已經(jīng)有技術(shù)解決方法,并且能否有效解決這些問(wèn)題是體現(xiàn)各廠家技術(shù)先進(jìn)性的一個(gè)指標(biāo)。


高能量密度下的風(fēng)險(xiǎn)


為了解決電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程問(wèn)題,提高動(dòng)力鋰電池能量比是發(fā)展的必由之路。要想提高能量比,就要調(diào)整鋰離子電池相關(guān)材料配比。


目前乘用車(chē)的動(dòng)力鋰電池大部分采用三元體系,即正極材料使用鎳鈷錳酸鋰或者鎳鈷鋁酸鋰的鋰離子電池。我國(guó)三元?jiǎng)恿︿囯姵夭捎玫逆団掑i酸鋰。


根據(jù)鎳鈷錳三元素的不同配比,又分為111型、532型、622型和811型。隨著鎳的比例不斷提高,動(dòng)力鋰電池的能量比也會(huì)新增,這也就意味著汽車(chē)的續(xù)航里程將相應(yīng)新增。


關(guān)于鋰離子電池來(lái)說(shuō),安全、壽命、成本、能量密度這四者處于一種動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。假如能量密度提高,那么其他三者必然會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。


深圳市比克電池有限公司企管中心副總裁李鳳梅在接受記者采訪時(shí)表示,鎳比例越高,整個(gè)正極材料的熱穩(wěn)定性就越差。遇到高溫、外力沖擊等情況,高鎳電池會(huì)存在安全隱患。高鎳電池充電時(shí)產(chǎn)氣會(huì)導(dǎo)致電池鼓脹也是一大問(wèn)題。


同時(shí),811型電池一旦出現(xiàn)熱失控問(wèn)題,后果也較為嚴(yán)重。以往磷酸鐵鋰離子電池?zé)崾Э兀瑑H會(huì)出現(xiàn)冒煙情況;532型三元鋰離子電池熱失控會(huì)出現(xiàn)燃燒情況。一旦811型三元電池?zé)崾Э兀芸赡軙?huì)出現(xiàn)爆燃。


追求高能量密度是發(fā)展的必然,但歐陽(yáng)明高提醒記者,電動(dòng)汽車(chē)高比能量動(dòng)力鋰電池的發(fā)展,安全永遠(yuǎn)是第一位的。


系統(tǒng)預(yù)警機(jī)制需建立


關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)安全來(lái)說(shuō),這不是一兩家公司,或者一兩個(gè)環(huán)節(jié)公司所需做的事。這是上至監(jiān)管層,下至全產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)公司必須牢牢緊繃的弦。


多起安全事件引起了工信部的注意。五月十日,工信部副部長(zhǎng)辛國(guó)斌在相關(guān)會(huì)議上指出,安全是事關(guān)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的第一要?jiǎng)?wù)。近期,新能源汽車(chē)安全事故呈現(xiàn)多發(fā)態(tài)勢(shì),全行業(yè)必須高度重視,采取有效措施,消除安全隱患,加快建立全面的安全保障體系,提升新能源汽車(chē)安全水平。


優(yōu)先一點(diǎn)就是產(chǎn)品要過(guò)關(guān)。在以往的事故中,電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品或多或少存在問(wèn)題。如電池產(chǎn)品測(cè)試驗(yàn)證不足,車(chē)輛使用過(guò)程中可靠性惡化,充電安全管理技術(shù)水平低下等。


李宏慶建議,在人身安全方面,漏電保護(hù)和絕緣檢測(cè)等功能和標(biāo)準(zhǔn)要求,國(guó)標(biāo)和歐標(biāo)美標(biāo)還有差距,建議適當(dāng)提升標(biāo)準(zhǔn),包括設(shè)備生產(chǎn)制造和檢驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等


與此同時(shí),《電動(dòng)汽車(chē)安全要求》、《電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子動(dòng)力蓄電池安全要求》、《電動(dòng)客車(chē)安全要求》3項(xiàng)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在今年年初進(jìn)入征求意見(jiàn)階段。


其中最為引人注意的是,相關(guān)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中首次提出逃生時(shí)間概念。根據(jù)規(guī)定,電池包或系統(tǒng)在由于單個(gè)電池?zé)崾Э匾馃釘U(kuò)散、進(jìn)而導(dǎo)致乘員艙發(fā)生危險(xiǎn)之前5分鐘,應(yīng)供應(yīng)一個(gè)熱事件報(bào)警信號(hào)(服務(wù)于整車(chē)熱事件報(bào)警,提醒乘員疏散)。


一旦有了報(bào)警信號(hào),車(chē)內(nèi)人員就有了足夠的逃生時(shí)間,從而可以將人身安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低。


發(fā)生危險(xiǎn)報(bào)警只是最無(wú)奈的一種選擇,如何將危險(xiǎn)扼殺于襁褓之中才是上上之策。在復(fù)雜的工況下日積月累地使用


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