鉅大LARGE | 點擊量：277次 | 2023年05月31日
要怎么保障電動汽車電池的極致安全
“電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化”的重疊融合、相互賦能，推動著汽車產(chǎn)業(yè)迎來百年未有的大變革。
在這場變革中，電動化是第一步。就在剛結(jié)束的2019世界新能源汽車大會上，全球汽車產(chǎn)業(yè)緊要相關(guān)方達成了博鰲共識：力爭到2035年全球新能源汽車的市場份額達到50%，全球汽車產(chǎn)業(yè)基本實現(xiàn)電動化轉(zhuǎn)型。
要實現(xiàn)這樣的目標(biāo)，從動力鋰離子電池的角度來看，信心與挑戰(zhàn)共存，一方面，包括能量密度、壽命、快充、低溫等核心性能指標(biāo)正在被逐個攻破，足以支撐起電動汽車性能超越傳統(tǒng)車。
但硬幣的另一面是，頻繁發(fā)生的電動汽車安全事故，已經(jīng)成為電動汽車走向市場化的“阿克琉斯之踵”，2019年以來，包括蔚來、特斯拉等明星車企頻繁發(fā)生的電動汽車安全事故引發(fā)了消費者的恐慌與擔(dān)憂。
“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，非得盡快處理?！?/p>
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%
我國科學(xué)院院士、清華大學(xué)歐陽明高教授表示，長期來看，安全既是影響電動汽車可繼續(xù)發(fā)展的生命線，也是市場競爭和品牌塑造的一個主旋律。新一代電動汽車不是靠動力性，而是要靠安全性。誰安全可靠，讓用戶放心，誰未來才能贏得客戶。
：歐陽明高演講ppT
他山之石，可以攻玉。在2019世界新能源汽車大會上，包括歐陽明高、寧德時代董事長曾毓群等在內(nèi)的多位學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界領(lǐng)袖都提將日產(chǎn)Leaf車型作為電動汽車安全的典型案例被多次提及，并呼吁產(chǎn)業(yè)鏈公司學(xué)習(xí)借鑒其在安全設(shè)計和防范上的相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗。
被當(dāng)做標(biāo)本被反復(fù)提及，這與日產(chǎn)Leaf推出9年來在全球打造的零安全事故記錄密不可分。
日產(chǎn)汽車副社長坂本秀行在大會上解析，截至目前，日產(chǎn)Leaf全世界賣了41.5萬臺，單臺車有288個電芯，單車裝載電量60kWh，加在一起超過8000萬個電芯，目前保持了零事故的記錄。
日產(chǎn)汽車副社長坂本秀行
：坂本秀行演講ppT
電動汽車范疇資深從業(yè)者朱玉龍也證實了坂本秀行的解析，他曾專門檢索統(tǒng)計過日產(chǎn)Leaf的安全事故，在公開的檢索中的三起事故中，緊要都是外部因素（地震、山火、充電樁起火）引發(fā)，但即便是在如此劇烈的外部環(huán)境下，其動力鋰離子電池系統(tǒng)都沒有出現(xiàn)燃燒起火。
零事故背后，是日產(chǎn)及其動力鋰離子電池供應(yīng)商有關(guān)在安全上的出色把控。
坂本秀行坦言，日產(chǎn)在經(jīng)過了長時間的電池研究之后發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)電池能量密度的提升其實并沒有那么難，難點在于保障電池的安全性，這也是日產(chǎn)開發(fā)電動汽車時最為重視的一點。
2007年，日產(chǎn)汽車與NEC集團成立合資公司AESC，緊要目的就是結(jié)合電動化的開發(fā)需求，將NEC的電芯技術(shù)以合資的方式快速導(dǎo)入到電動汽車上，而日產(chǎn)Leaf所使用的動力鋰離子電池，正是AESC所設(shè)計和開發(fā)。2019年4年，遠景集團宣布完成收購AESC，并基于AESC原有團隊和體系成立了遠景AESC。
坂本秀行在大會接受群訪時也回應(yīng)，Leaf上所采用的遠景AESC電池，除了在構(gòu)造上與其他的電池有顯著差異之外，還擁有在發(fā)生高強度劇烈撞擊時的自我解決機制，以及戒備劣化方面的特殊設(shè)計。
高工鋰電獲悉，日產(chǎn)Leaf所使用的電池，其在電芯、模組、bMS、pack、整車等各個層級的設(shè)計中，都針對可能發(fā)生的安全風(fēng)險，做了系統(tǒng)化的設(shè)計和防范。
坂本秀行解析，動力鋰離子電池安全防范最緊要的三點分別是：要怎么樣設(shè)計電池組；要怎么樣控制電池本身的散熱；要怎么樣設(shè)計失效管理系統(tǒng)以應(yīng)對突發(fā)狀況。圍繞這三點，日產(chǎn)汽車和遠景AESC共同進行了針對性的開發(fā)。
電池組的整體設(shè)計涵蓋了電芯、模組、pack三個層級。在電芯環(huán)節(jié)，首先是確?；瘜W(xué)穩(wěn)定性，要選擇穩(wěn)定的材料，并通過上千次的各類評估來探測它的穩(wěn)定性，例如過充、振動、熱沖擊、甚至針刺等等。
坂本秀行解析，從電芯角度看，液態(tài)電解質(zhì)和電池正負(fù)極材料的選擇非常關(guān)鍵。同時，電芯內(nèi)部的短路與隔膜材料的選擇緊密相關(guān)，因此，遠景AESC在電芯內(nèi)部材料上都做了特殊的設(shè)計。
在模組和pack環(huán)節(jié)，通過結(jié)構(gòu)來保護電芯免受到?jīng)_擊。這包括了整體外殼ip67保護設(shè)計、自然風(fēng)冷散熱系統(tǒng)、分離式充電系統(tǒng)設(shè)計、利用熱傳導(dǎo)使整個車身都變成電池散熱體等，同時，其還充足考慮了FMEA，確保設(shè)計留安全余量。
值得留意的是，在pack環(huán)節(jié)，除了物理上的保護措施，關(guān)鍵是要通過bMS對電芯模組進行故障診斷，監(jiān)測異常發(fā)生，并預(yù)測可能出現(xiàn)的問題，從而通過斷電來阻止問題發(fā)生。
高工鋰電留意到，在bMS環(huán)節(jié)的保護策略上，Leaf可以說是整個行業(yè)的先驅(qū)者，其通過一類/二類/三類故障的含義來對bMS測試到的故障進行分類。整體思路是，從行車的限制、充電的限制和故障顯示三方面來分成四種不同的故障模式。
依據(jù)監(jiān)測到的不同情況，日產(chǎn)Leaf上的bMS會以不同的形式來對電池系統(tǒng)進行防護，這包括從動力源頭切斷任何充電和放電的過程，緊要應(yīng)和比較高等級的故障；考慮電池的故障在一定范圍內(nèi)之類，限制電機輸出功率，在充電模式下充電停止（阻止了能量回收）；限制電池組的輸入和輸出功率。
基于bMS安全保護策略而建立的電池組失效安全系統(tǒng)設(shè)計，讓Leaf在使用中明確了電池使用安全邊界，并可以實實際時報警，從而戒備了熱失控發(fā)生，并起到了失效防護的用途。
依據(jù)歐陽明高團隊有關(guān)動力鋰離子電池?zé)崾Э氐恼T因分解，一是由于機械變形、擠壓、撕裂，隔膜破碎、極端過熱等各種原由導(dǎo)致的內(nèi)短路。這要從上述系統(tǒng)本身安全性和材料體系的角度，進行單體電池?zé)岚踩O(shè)計。二是過充、快充、老化電池、低溫充電等導(dǎo)致的析鋰，針對后者，則要通過有關(guān)充電算法進行改進和優(yōu)化。
而在充電算法上，日產(chǎn)Leaf同樣做了大量的數(shù)據(jù)積累和試驗，歐陽明高就解析，其團隊和日產(chǎn)在充電的算法上有合作，其充電算法是基于大量數(shù)據(jù)MAp圖進行，通過大量試驗數(shù)據(jù)支撐，使充電算法能夠考慮各種各樣的影響因素，這使得其戒備了很多熱失控問題。
高工鋰電了解到，日產(chǎn)Leaf的充電安全管理也設(shè)置在bMS系統(tǒng)里，可以在充足理解及大量探測結(jié)果的支持下，含義明確清晰的充電電流電壓邊界，以此管控整個充電過程，保障充電的安全。
要最終達到電動汽車的安全，僅靠在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計上的投入還遠遠不夠，還要在加工制造環(huán)節(jié)做好把關(guān)。
可供參考的一組數(shù)據(jù)是，國家市場監(jiān)督管理總局解析，截至2019年五月，國內(nèi)新能源汽車共召回12.3萬輛。其中由于三電系統(tǒng)故障導(dǎo)致的召回占比為50%，在這之中設(shè)計原由占到40%，加工制造原由占到60%。
產(chǎn)品設(shè)計得再好，但是要穩(wěn)定、高質(zhì)量加工這又是另一回事，這就要求核心零部件公司要有較高的工程能力，這里的工程能力是指加工制造和質(zhì)量體系。
針對作為電動汽車心臟的動力鋰離子電池的加工，高工鋰電向日產(chǎn)Leaf的動力鋰離子電池供應(yīng)商遠景AESC做了深入調(diào)研，具體了解了其在加工制造和質(zhì)量體系的建立上要怎么樣實現(xiàn)安全把控。
遠景AESC解析，除了在產(chǎn)品設(shè)計上下功夫之外，在工程能力的積累也是保證日產(chǎn)Leaf零事故的緊要原由。
“AESC的安全體今朝它的工程能力與質(zhì)量控制能力，因為脫胎于整車廠，擁有整車多年積累的工程能力，因此，我們一直嚴(yán)格遵循汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，同時，在滿足汽車行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)的前提下（IATF16949和VDA標(biāo)準(zhǔn)），AESC還針對動力鋰離子電池設(shè)定了更為嚴(yán)苛的控制體系?！?/p>
遠景AESC負(fù)責(zé)人向高工鋰電解析，其從項目管理控制，供應(yīng)商控制，來料控制，加工過程控制和客戶和市場端質(zhì)量控制都有著嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)和控制監(jiān)督體系。
而在AESC被遠景集團收購后，同樣將這種嚴(yán)苛的工程及制造標(biāo)準(zhǔn)體系得到延續(xù)，依托于此前AESC的日本核心團隊，在位于無錫江陰的我國廠里，其整個加工制造和質(zhì)量體系也在快速建立。
以加工過程為例，遠景AESC做到了770多項的質(zhì)量監(jiān)控，每一個項目都是在一套pDCA循環(huán)中開展的。這意味著每一個控制項目都有一個團隊在后面進行計劃執(zhí)行監(jiān)控和控制。
：遠景AESC公布會
此外，從電芯到模組再到電池組，遠景AESC共設(shè)置了45個萬數(shù)據(jù)采集點。僅電芯制造層面，每一塊電芯就具備超過2千個數(shù)據(jù)采集點。海量的數(shù)據(jù)節(jié)點形成了遠景AESC獨有的可追溯管理系統(tǒng)，這套系統(tǒng)收集并監(jiān)控大量工藝及電池狀態(tài)參數(shù)。
這些數(shù)據(jù)和其從前端客戶那里收集到的數(shù)據(jù)形成一個閉環(huán)，這樣可以幫助電池設(shè)計留更精準(zhǔn)的余域，遠離安全極限狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上制定更為精準(zhǔn)的bMS控制策略。
在標(biāo)準(zhǔn)化制造上，遠景AESC于2010年建廠之初就實現(xiàn)完全標(biāo)準(zhǔn)化運營加工，在2012年，遠景AESC將這套技術(shù)和加工流程轉(zhuǎn)移至海外，在美國、英國設(shè)立電池加工基地，保證加工出相同品質(zhì)、相同產(chǎn)品性能的電池產(chǎn)品。
在供應(yīng)商選擇及采購環(huán)節(jié)，遠景AESC也始終將安全和質(zhì)量放到第一位，而沒有一味追求成本，對此，其思路是，過度追求成本可能反倒會帶來巨大的成本投入。
以此次蔚來召回為例，共召回電動汽車4803輛，依據(jù)行業(yè)均勻值來算，其單車電池成本可能在8——9萬元，這意味著，僅
