鉅大LARGE | 點擊量：670次 | 2021年10月18日
動力鋰電池安全四大挑戰(zhàn) 北汽/一汽/蔚來如何接招？
電動汽車保有量新增，長續(xù)航里程對電池能量密度的要求提升、快充需求等趨勢下，新能源汽車安全事故呈上升趨勢。2019年包括特斯拉等明星車企電動汽車頻繁自燃，安全事故已經(jīng)成為阻礙電動汽車市場化的絆腳石。
我國科學(xué)院院士歐陽明高教授直言：“安全事故已經(jīng)成為當(dāng)前新能源汽車發(fā)展的致命隱患，必須盡快解決。”
分析近三年140起電動汽車起火事件，不難發(fā)現(xiàn)原因重要包括三種：一是充電或過充電；二是泡水及機械類碰撞，尤其是電動汽車使用過程中機械可靠性及安全性降低；三是自燃，包括內(nèi)短路、熱失控等，最終在電池部位自燃。
而這些安全事故近6成是電池安全問題造成的，因此電池安全也成為整個新能源汽車安全的核心。
中汽中心王芳指出，電動汽車長續(xù)航、快充需求下，動力鋰離子電池面對能量密度提升、材料體系變化、電池容量導(dǎo)致電芯變大、生命周期內(nèi)電池衰減等四大挑戰(zhàn)。其中材料體系從333、532、到811，必然導(dǎo)致電池?zé)岱€(wěn)定性變化、熱失控時間的提前及釋氧量變化，這些必須得到妥善解決保障電池安全。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
電池安全也成為擺在車企眼前的一道必答題。就在不久前國家政策層面果斷出手，國家市場監(jiān)督總局明確指出，生產(chǎn)者在獲知生產(chǎn)、銷售或進口的新能源車發(fā)生冒煙、起火事故時需在12小時內(nèi)報告事故基本信息，造成人員傷亡的報告時間縮短至6小時。
在此背景下，在近日的2019IBSW國際安全大會上，北汽新能源代康偉、一汽王德平、蔚來汽車黃晨東3家傳統(tǒng)車企及造車新勢力代表公司，針對碰撞安全、熱安全、高壓電安全、電氣安全、安全驗證等動力鋰離子電池多領(lǐng)域分享了其所在車企的策略及技術(shù)。
其中，北汽新能源在電池包、Pack、電氣功能、模組四大領(lǐng)域設(shè)計保障電池碰撞安全；一汽構(gòu)建了電池安全、整車安全、充電安全、使用安全四重安全防護體系；蔚來汽車也實現(xiàn)全天候監(jiān)測數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)分析異常預(yù)警，將異常電池召回或更換。
此外，業(yè)內(nèi)的一致共識是，電動汽車安全事故尤其是動力鋰離子電池安全事故，在做好電池安全的同時，還需跟整車、關(guān)聯(lián)部件、日常使用維護，圍繞整個電動汽車使用生命全生態(tài)去開發(fā)去維護，才能保障整個動力鋰離子電池系統(tǒng)的安全。
北汽新能源：電池包/PACK/電氣功能/模組四重保障碰撞安全
北汽在近期的天津中汽研三車聯(lián)合碰撞試驗中，實現(xiàn)電池、電氣安全功能正常且不著火、不爆炸。北汽新能源代康偉指出，北汽在電池、Pack、電氣功能、模組四大領(lǐng)域設(shè)計保障動力鋰離子電池碰撞安全，為其電動汽車碰撞電池安全形成四重屏障。
其中在電池包設(shè)計上，北汽新能源將電池設(shè)計成與整車乘員艙相同，成為安全不可變形的區(qū)域，并在電池周圍設(shè)計了過度區(qū)及可變形區(qū)，在車輛碰撞時，可一定程度上降低整車的碰撞強度。
北汽新能源代康偉，北汽還在電池?zé)岚踩⒏邏喊踩?、EMC等多領(lǐng)域深入研究。其中熱安全上，北汽驗證方式是外部火燒，800度溫度下火烤20分鐘，遠超國標(biāo)數(shù)十倍。在內(nèi)部的熱失控、熱擴展領(lǐng)域，北汽聯(lián)合行業(yè)優(yōu)質(zhì)資源，在做熱擴展路徑分析，以及熱擴展阻斷技術(shù)的研究，以期未來真正發(fā)生熱失控有較長的熱蔓延擴展時間，給用戶足夠的逃生時間。
在高壓電安全領(lǐng)域，通過多點的高壓檢測系統(tǒng)，可保證整車上所有的高壓鏈接部位得到監(jiān)控。整車絕緣監(jiān)測系統(tǒng)的建立能夠確保絕緣失效模式可被監(jiān)測，同時主動與被動的放電技術(shù)保證整車主動和被動的切斷高壓時立即參與電壓泄放。
EMC安全領(lǐng)域，針對復(fù)雜環(huán)境的EMC場景，北汽也建立了完整的開發(fā)體系，在系統(tǒng)層面布局了仿真和測試相結(jié)合的技術(shù)，優(yōu)化相關(guān)零部件的布置，同時通過端口的鋁箔和保護的技術(shù)，針對零部件、EMC的技術(shù)研究，不僅降低零部件級電磁發(fā)射，同時有效提升了零部件級電磁的抗干擾能力，確保整車經(jīng)過復(fù)雜電池環(huán)境依然保持良好的通訊狀態(tài)。
一汽：構(gòu)建電池/整車/充電/使用四重安全防護體系
動力鋰離子電池安全事故發(fā)生重要是五個方面的失效影響。第一，電芯的失效；第二，BMS的失效；第三，絕緣系統(tǒng)的失效；第四，機械與密封的失效；第五，連接的失效。
一汽集團王德平表示，在電芯失效中，從失效模式來講，方式很多樣，包括漏液、析鋰、變形、過熱、過充。從使用條件看，既有低溫快充的技術(shù)，也包括外部擠壓、碰撞等使用條件，均會誘發(fā)電芯失效。從失效機理看，有活性材料的結(jié)構(gòu)變化相變，過度金屬的溢出、碰撞等等，概括起來重要體現(xiàn)三個方面：一是短路，二是負極的析鋰，三是正極釋氧。
他進一步指出，一汽構(gòu)建了一個四重的安全防護體系：電池的安全、整車的安全、充電的安全、使用的安全，確保整個動力鋰離子電池系統(tǒng)在全生命周期使用安全。并從電池碰撞安BMS優(yōu)化、電池?zé)崾Э仡A(yù)警、主動的滅火系統(tǒng)、IP防護防水安全設(shè)計、電池壽命優(yōu)化評估等多領(lǐng)域重點介紹一汽新能源汽車電池安全“秘訣”。
第一碰撞安全設(shè)計。王德平表示一汽與北汽在這方面的工作有很多類似。一方面低速時在車輛碰撞或托底碰撞時，電池不因為車的沖擊或碰撞導(dǎo)致電池變形。另一方面，一汽構(gòu)建一個雙路的高壓斷電系統(tǒng)，在高速發(fā)生碰撞時安全氣囊開始工作時，同時把整車高壓系統(tǒng)在1毫秒內(nèi)進行斷電處理，確保整個高壓系統(tǒng)安全。
第二BMS優(yōu)化。依托內(nèi)部車輛數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，一汽將云端數(shù)據(jù)導(dǎo)入到BMS中。構(gòu)建壽命模型、電池實時狀態(tài)估計，豐富BMS功能，使其控制精度和估算精度更高，實現(xiàn)提前的故障預(yù)警。
第三電池?zé)崾Э氐念A(yù)警。將云端歷史數(shù)據(jù)、包括環(huán)境的應(yīng)力、系統(tǒng)的狀態(tài)等實時監(jiān)控數(shù)據(jù)信息整合，構(gòu)建了熱失控預(yù)警開發(fā)的模型，將其應(yīng)用到整車的熱失控系統(tǒng)，一方面通過熱失控模型預(yù)警的系統(tǒng)診斷，實現(xiàn)高壓系統(tǒng)的維護。
第四電池壽命優(yōu)化評估。圍繞車端和用戶構(gòu)建一個以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的面向用戶的電池容量的評估模型，再把電池容量評估模型引入，評判安全程度優(yōu)化并確保車輛安全使用。
此外，還有主動的滅火系統(tǒng)、IP防護防水安全設(shè)計、產(chǎn)品實驗驗證、全生命周期服務(wù)及產(chǎn)品運營狀態(tài)監(jiān)控等多領(lǐng)域保證動力鋰離子電池安全。
蔚來汽車：全天候?qū)崟r監(jiān)測保障電池安全
針對電池安全，蔚來汽車汽車不斷在BMS、電池等領(lǐng)域試驗，并已取得部分成績。其中電池層面，蔚來汽車有安全且精確的智能系統(tǒng)，精確SOC的預(yù)計，及電池的安全監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)。
在BMS層面，蔚來汽車做好了三方面的工作，第一，電池生命管理系統(tǒng)，這是一個以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)；第二實時監(jiān)測系統(tǒng)，全天候監(jiān)測，即便車輛在睡眠過程中如停在停車場仍然可以實時監(jiān)測電池狀況；第三是電池的資產(chǎn)建模BM，用來做層級分析。
為防止電池組熱蔓延或熱失控，蔚來汽車重點在技術(shù)、監(jiān)測、損害控制等方面攻克，具體包括自主研發(fā)模組及保護體系，實時監(jiān)測電池電壓及溫度，電芯使用陶瓷隔膜，在保險絲、SSD及排風(fēng)口、模型、模塊環(huán)節(jié)加絕熱板或控制板。
蔚來汽車黃晨東介紹，在實時監(jiān)測中，蔚來汽車即便汽車在休眠的過程中，仍然可以監(jiān)測數(shù)據(jù)，所有的大數(shù)據(jù)進入到云端，云端可以進行自動的分析，假如發(fā)現(xiàn)任何異常，就會預(yù)警。通過審議并且分析，蔚來汽車將把電池召回，或是將電池更換。
他進一步指出，未來設(shè)計優(yōu)化中，蔚來汽車將在杜絕電芯間熱傳遞、模組絕緣防火墻設(shè)計來阻礙熱傳遞，并在電池組設(shè)計中加入相應(yīng)的煙道設(shè)計來杜絕二次損失。他進一步表示，蔚來汽車還將加入相應(yīng)的滅火裝置和設(shè)計。
