國內企業(yè)該如何應對電池安全隱患？
[2018-11-10 08:59:23]
近日,大眾汽車(chē)與韓國電池供應商LG組成了一個(gè)特別工作組,并將保持較高的會(huì )面工作頻率,以確保LG可以穩定的向大眾汽車(chē)供應電池產(chǎn)品。大眾汽車(chē)認為在電池供應過(guò)程中,由于使用了新的電池技術(shù),在電池生產(chǎn)、電池封裝等方面可能會(huì )存在安全隱患。
顯然, LG作為全球技術(shù)領(lǐng)先的鋰電供應商,并不能讓大眾對其產(chǎn)品安全性完全放心,尤其是當有新技術(shù)應用在產(chǎn)品上時(shí)。再結合最近一段時(shí)間頻繁的汽車(chē)召回事件,不難發(fā)現,電池安全仍然是懸掛在全球范圍內新能源車(chē)企心頭的一把達克摩斯之劍。
而在國內,由于新能源汽車(chē)技術(shù)起步較晚,政策變更頻繁,導致新能源車(chē)型一直不停迭代。缺乏了足夠的驗證,安全隱患更為突出。
據統計,進(jìn)入2018年以來(lái),國內大大小小電動(dòng)車(chē)起火事故已經(jīng)超過(guò)50起,而近一段時(shí)間高頻率的電動(dòng)汽車(chē)起火事件,讓電池安全問(wèn)題成為了整個(gè)行業(yè)的焦點(diǎn),下到電動(dòng)汽車(chē)消費者,上到專(zhuān)家學(xué)者、國家部委都發(fā)聲強調安全性在新能源車(chē)中的核心地位。
電池事故無(wú)關(guān)技術(shù)路線(xiàn)
介于鋰電安全的緊迫性,有一些專(zhuān)家甚至提出,動(dòng)力電池發(fā)展應該舍棄三元而重回磷酸鐵鋰時(shí)代。這種觀(guān)點(diǎn)其實(shí)就有些過(guò)猶不及了,熟悉鋰電池熱失控過(guò)程就應該明白,磷酸鐵鋰電池的安全性只是相對而言,做不好整體安全性的防護和設計,各種電池都面臨著(zhù)危險。
電芯的熱失控過(guò)程大致如下:當電芯溫度上升到一定程度(約130℃)時(shí),負極表面的SEI膜就會(huì )開(kāi)始分解導致高活性鋰碳負極暴露于電解液中發(fā)生劇烈的氧化還原反應,產(chǎn)生的熱量使電池進(jìn)入高危狀態(tài)。而當電池內部局部溫度升高到200℃以上時(shí),正極表面鈍化膜分解正極發(fā)生析氧,并繼續同電解液發(fā)生劇烈反應產(chǎn)生大量的熱量并形成高內壓。當電池溫度達到240 ℃以上時(shí),還伴隨鋰炭負極同粘結劑的劇烈放熱反應。
由此可見(jiàn),在鋰電池的熱失控中,直接原因是負極表面SEI膜的破損從而導致高活性嵌鋰負極與電解液的劇烈放熱反應,而正極材料的分解放熱只是熱失控反應其中的一個(gè)環(huán)節,甚至都不是主要的因素。
因此,所謂磷酸鐵鋰(LFP)因熱穩定而更安全的說(shuō)法其實(shí)很片面,磷酸鐵鋰的安全性只是相對而言,因此拿電池安全作為論據去評判磷酸鐵鋰及三元技術(shù)路線(xiàn)的做法有失偏頗。
一個(gè)擺在眼前的事實(shí)就是,隨著(zhù)美國A123的破滅,國際上幾乎沒(méi)有主流車(chē)企采用磷酸鐵鋰的技術(shù)路線(xiàn)。而分析分析國內電動(dòng)汽車(chē)起火事也不難發(fā)現,不論是鐵鋰還是三元,都存在起火燃燒的案例,與其在技術(shù)路線(xiàn)上糾結不如找到電池安全隱患真正的元兇。
設計和品控才是電池安全的“幕后黑手”
事實(shí)上,電芯的失效只是整個(gè)電池系統安全隱患的一小部分。站在模組的角度,由于電芯結構、工作方式和環(huán)境等多方面的因素會(huì )使得電芯的安全隱患加倍的體現出來(lái),因此動(dòng)力系統的結構設計、控制系統、生產(chǎn)管控的嚴密性等等才是更加重要的部分。
前不久,某業(yè)內人士在對三輛發(fā)生自燃的電動(dòng)汽車(chē)拆解后分析發(fā)現,涉事動(dòng)力電池供應商和車(chē)企不重視安全,為了降低成本,對電芯品控不嚴、BMS設計要求太低、沒(méi)有對動(dòng)力電池包進(jìn)行足夠的安全設計保護。
顯然,設計和品控才是造成這三輛事故車(chē)輛自燃的元兇,而類(lèi)似案例絕不在少數。中國汽車(chē)技術(shù)研究中心主任王秉剛在接受采訪(fǎng)時(shí)表示,我國電動(dòng)汽車(chē)發(fā)生的一些安全事故,有些是很低級的錯誤,比如充電過(guò)程中沒(méi)有保護,電充滿(mǎn)后還繼續充,一直充到電池包鼓包、著(zhù)火。如此劣質(zhì)的產(chǎn)品也通過(guò)了準入檢測,要么說(shuō)明準入時(shí)的不嚴格,要么說(shuō)明沒(méi)有按照要求來(lái)生產(chǎn)。
中國電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì )執行副理事長(cháng)歐陽(yáng)明高在全球未來(lái)出行大會(huì )上也表示,近期新能源汽車(chē)起火的事件,其主要原因是產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題,沒(méi)有遵守技術(shù)規范和技術(shù)標準、技術(shù)驗證周期的偏短等。具體體現在三個(gè)方面,一是,電池產(chǎn)品測試驗證不足;二是,車(chē)輛使用過(guò)程中可靠性變化;三是,充電安全管理技術(shù)有問(wèn)題。
其中,充電安全尤為重要,因為大部分安全事故都發(fā)生在充電時(shí),此時(shí)電池與充電系統連在一起,是熱失控最容易的時(shí)候,同時(shí)還有高壓電器的短路等等,都會(huì )容易引起事故。本來(lái)國家對于電池管理系統是有一個(gè)ISO26262的執行規范,但大部分企業(yè)在設計時(shí)并沒(méi)有嚴格執行功能安全的規范。
國內該如何面對電池安全隱患的?
歸根結底,目前的電池安全問(wèn)題還是出在電池結構設計以及產(chǎn)品質(zhì)量把控上,而不是所謂的技術(shù)路線(xiàn),而要把設計和品控也不是一件容易的事情。尤其是在政策強調能量密度、市場(chǎng)逼迫成本控制的兩頭擠壓下,企業(yè)很難在兩者兼顧下還能做好質(zhì)量。
對此,歐陽(yáng)明高的建議是不宜強行推行原有的產(chǎn)業(yè)化計劃(2020年單體達到350瓦時(shí)/公斤,系統260瓦時(shí)/公斤,循環(huán)壽命2000次),同時(shí),補貼政策要符合技術(shù)發(fā)展的規律,對能量密度的提升不宜過(guò)快、不宜更改過(guò)頻。要留給企業(yè)充分的時(shí)間,快速提升產(chǎn)品質(zhì)量,消除安全隱患。
中汽協(xié)常務(wù)副會(huì )長(cháng)董揚也表示了類(lèi)似觀(guān)點(diǎn),他認為,企業(yè)應成為電動(dòng)汽車(chē)安全性的第一責任人,動(dòng)力電池制造企業(yè)、電動(dòng)汽車(chē)制造企業(yè)、充電運營(yíng)企業(yè)都要更加重視電動(dòng)汽車(chē)安全性,把安全性放在比能量密度、續駛里程、充電方便等更重要的位置。此外,各企業(yè)要加強合作,加強數據連通,形成合作分析事故原因、提高安全性的機制。
而在政府層面,應加強管理創(chuàng )新,建立保障電動(dòng)汽車(chē)安全性的制度。一是保持電動(dòng)汽車(chē)準入和補貼等技術(shù)指標的穩定性,不要頻繁變動(dòng)技術(shù)指標,如果變動(dòng)技術(shù)指標,應給企業(yè)至少兩年時(shí)間開(kāi)發(fā)、設計、驗證新產(chǎn)品。二是建立電動(dòng)汽車(chē)安全性管理機制,一旦發(fā)生安全性事故,應及時(shí)組織專(zhuān)家分析、研究,搞清事故原因,提出可供全行業(yè)吸取教訓的技術(shù)建議,嚴禁企業(yè)瞞報。三是針對電動(dòng)汽車(chē)特點(diǎn),建立周期性產(chǎn)品安全性檢驗制度。
值得一提的是,設計和品控能有效遏制鋰電安全事故,但安全問(wèn)題最終還是會(huì )回歸到技術(shù)問(wèn)題,電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展越后期,電池安全就越變成一個(gè)瓶頸技術(shù)。比如十分鐘充300公里以上的電的快充技術(shù)會(huì )對電池安全帶來(lái)挑戰,電壓從300V提高到600V甚至800V,這些都與安全相關(guān),也是今后純電動(dòng)汽車(chē)競爭的主戰場(chǎng)。
因此,要解決安全問(wèn)題,除了在產(chǎn)品質(zhì)量上下功夫,全面提升現有鋰離子動(dòng)力電池系統安全技術(shù),全力突破新型固態(tài)電池等技術(shù)也是重中之重。
