鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1057次 | 2020年07月15日
動(dòng)力電池電動(dòng)汽車(chē)安全問(wèn)題 電池是如何失控的
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?。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。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)。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。
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)。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。
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?,僅會(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?,很可能?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《財(cái)經(jīng)》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。
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。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。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,電動(dòng)汽車(chē)電池難免會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題,如何主動(dòng)監(jiān)測(cè)電動(dòng)汽車(chē)安全急需提上議事日程。目前電動(dòng)汽車(chē)與燃油車(chē)所用的檢測(cè)體系相同,在全球范圍內(nèi)缺乏針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的全生命周期檢測(cè)。這就使得電動(dòng)汽車(chē)是長(zhǎng)時(shí)間使用后,如出現(xiàn)一些微小的問(wèn)題不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)。千里之堤毀于蟻穴,日積月累之后,總有一天會(huì)爆發(fā)出安全問(wèn)題。
有多家鋰電廠中層呼吁,應(yīng)建立新能源汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)制度,要求新能源汽車(chē)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)地標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)。不同于燃油車(chē),新能源汽車(chē)年檢應(yīng)針對(duì)高壓電氣、動(dòng)力鋰電池等特點(diǎn)建立相適應(yīng)的安全檢查制度。新能源年檢制度的建立可保證新能源汽車(chē)的使用安全,一定程度上防止安全事故的發(fā)生。
當(dāng)前市場(chǎng)已有很多車(chē)輛超過(guò)設(shè)計(jì)壽命要求繼續(xù)在使用,使用到后期會(huì)存在安全風(fēng)險(xiǎn),因此建議針對(duì)運(yùn)行時(shí)間或行駛里程超過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求的車(chē)輛制定強(qiáng)制報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)。此外,因整車(chē)廠對(duì)電池的特性理解不深,也并未對(duì)后臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行有效的分析,導(dǎo)致很多故障原本可以通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)分析以實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警,因此建議整車(chē)廠將數(shù)據(jù)共享給有能量的電池公司來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)警,以降低市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。
在以上措施之外,日產(chǎn)汽車(chē)認(rèn)為無(wú)論車(chē)輛采用何種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),任何在道路上行駛的車(chē)輛都要進(jìn)行恰當(dāng)?shù)谋pB(yǎng)與維護(hù),這非常重要。按時(shí)維修保養(yǎng)、定期報(bào)廢或更換電池等方式,會(huì)徹底消除車(chē)輛老化帶來(lái)的安全隱患。然而檢測(cè)制度建立并非易事,這不僅涉及到鋰電廠、整車(chē)廠、充電公司等多個(gè)環(huán)節(jié),還要多部門(mén)協(xié)調(diào),如國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局、公安部、工信部等多部委。參與者過(guò)多,導(dǎo)致事中管理尤為困難。也有新能源汽車(chē)公司高管向《財(cái)經(jīng)》記者表示,不要過(guò)度監(jiān)管,不是多加一道國(guó)家檢測(cè),就萬(wàn)事大吉了。還是要通過(guò)市場(chǎng)手段來(lái)解決問(wèn)題。一家大型鋰電廠高管表示,目前最為可行的辦法就是與保險(xiǎn)公司合作,共同建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
除了檢測(cè)外,大數(shù)據(jù)共享也是另一個(gè)好方法。在車(chē)輛使用過(guò)程中,整車(chē)公司掌握了大量的電池安全數(shù)據(jù),然而這些數(shù)據(jù)并沒(méi)有共享給上游公司。目前電池廠、整車(chē)公司、充電公司都是各自為戰(zhàn),相互掌握著關(guān)鍵數(shù)據(jù)。特來(lái)電表示,國(guó)家部委和權(quán)威協(xié)會(huì)的支持協(xié)助會(huì)促進(jìn)三方更快的打通。目前特來(lái)電已經(jīng)與多家電池公司和整車(chē)廠簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議,打通了相關(guān)的充電安全數(shù)據(jù)。
但是,這僅僅是少數(shù)公司的行為。上述新能源公司高管表示,車(chē)企會(huì)與電池公司進(jìn)行團(tuán)隊(duì)數(shù)據(jù)探討,但沒(méi)有形成一個(gè)平臺(tái)來(lái)定期交換數(shù)據(jù)。因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)涉及商業(yè)機(jī)密和隱私??梢?jiàn),打通車(chē)輛、充電設(shè)施、電池之間的數(shù)據(jù)渠道尤為關(guān)鍵。但是如無(wú)國(guó)家部委或權(quán)威協(xié)會(huì)的介入,三方之間的籬笆將永遠(yuǎn)無(wú)法完全打破。市場(chǎng)的問(wèn)題當(dāng)然要市場(chǎng)來(lái)解決。但面對(duì)系統(tǒng)性問(wèn)題來(lái)說(shuō),如何打破各方利益壁壘,形成全行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)制,這就要政府與市場(chǎng)主體共同協(xié)調(diào)。