严控品质/高投入研发 动力电池安全需全产业协力

subtitle 网易汽车08-21 09:22 跟贴 19 条

版权声明:本文版权为网易汽车所有,转载请注明出处。

网易汽车8月21日报道 新能源汽车想替代传统燃油车,必须迈过动力电池安全这道门槛。

近半年,伴随多起电动汽车起火自燃事件,公众对新能源电动汽车的安全引发了广泛关注,与传统内燃机汽车不同,新能源汽车动力电池涉及专业技术知识,普通用户存在严重信息不对等和疑惑。

为此,网易汽车严选EV希望站在科普角度为大家提供通俗易懂的电池安全系列报道,作为严选EV电池安全季报道的重要内容,此次,我们有机会与比克动力电池研究院院长、首席技术官骆兆军博士进行了一番深度对话,骆博士为我们详细解答了动力电池安全的相关疑惑。

打开网易新闻 查看更多精彩图片

典型的木桶原理 动力电池安全是系统性话题

新能源汽车起火原因虽不尽相同,但细究起来电池长时间在液体中浸泡、电池材料不过关、动力电池系统拼装缺陷、使用中过充过放、机械外力碰撞、高镍材料使用等都是诱发电池起火的风险因素。

与传统内燃机汽车相对成熟的主被动安全知识普及不同,现阶段普通网友对动力电池安全与哪些因素有关仍处于关雾里看花阶段。

骆兆军向网易汽车表示,车用电池安全是一个综合性的话题,其与整车设计、整车保护措施、BMS电池管理系统、模组及电池包封装技术、单体电芯品质、甚至消费者日常驾驶和充电习惯都有关联性。

骆兆军进一步解释,动力电池的安全首先要以整车安全开发为基础,其次要严格把控车身零部件的品质,这其中就包含了最为重要的电池系统。

“只有基于整车设计、电池系统设计、电池管理系统设计、电池封装技术等多方面的综合安全保障,最终才能确保车辆在使用过程中的安全。”

在骆兆军看来,除了电池企业技术研发层面的努力,车企针对整车结构与安全测试必不可少,提升整车结构、电动底盘、高电压系统等安全设计水平,严格车辆出厂检测,确保生产一致性和整车质量安全等措施都能够保证整车厂商向市场提供既先进又安全的新能源汽车产品。

国家市场监督管理总局数据显示,截至2019年5月,新能源车召回数量12.3万辆。召回原因中,三电系统故障占比为50%,其中设计原因占到40%,制造原因占到60%。

年初,市场监督管理总局也发布加强新能源汽车产品召回管理的通知,要求新能源汽车企业一旦发生交通碰撞、火灾等相关事故,应立即组织调查分析,并向市场监管总局报告调查分析结果。数据显示,自通知发布以来发生过几十起事故,火灾原因主要包括电池或电芯故障,外部撞击、用户私自改装、泡水,充电桩故障违规操作等5类。

就动力电池本身骆兆军坦言,电芯作为动力电池的基础单元,其设计制造的好坏直接决定了电池的安全基础,电芯生产各环节都需要确保安全,作为新能源产业最重要的一环,电池企业的安全责任变得尤为重要。

“出厂前,电池企业需要确保电芯的品质和安全性,在整车开发和试测过程中,需配合整车厂商做好相关国标测试工作并配合车企进行优化配置。”

以制造为例,骆兆军透露,比克在生产工序上实现了全自动化智能制造,全线贯通数据监测点多达几百个,并在出厂前进行反复的测试包括预充、高低温、静置、充放电循环等。

“我们对电芯实行一芯一码的全生命周期可追溯管理体系,在生产过程中进行追溯,在后期也可以帮助整车厂商全面追踪电芯在使用过程中的情况。”

另外比克有专门的电解液研发团队,对各类安全添加剂有深入的研究,并已经将这些成果应用于高容量高镍和硅合金电池体系中。

骆兆军认为,电芯还需与智能电池管理系统相辅相成,才能实现安全与效能的双保险。以圆柱电池为例,电池单一电芯发生热失控,电池包/模组要求仍能够继续正常工作,并能在极端情况下给驾乘人员留出时间离开车辆。

几天前,电动汽车新国标中《电动汽车用动力蓄电池安全要求》报批稿已进入送审阶段,新国标中的所有测试将成为强制性要求,最重要的是新增的热扩散试验,测试要求电池包或系统在由于单个电池热失控引起热扩散、进而导致乘员舱发生危险之前5 min,应提供一个热事件报警信号,这意味着新国标实施之后上市的新能源汽车,5分钟预警将成为最低要求。

除了车企和电池企业在设计研发制造层面的努力,消费者在充电和驾驶过程中的行为和习惯同样也是保障电池安全的重要组成部分。

过充或使用家用充电器、使用拖线板飞线等不当的充电方式都可能影响新能源汽车电池安全,造成不良后果。

导致动力电池热失控的黑手是谁?

动力电池安全问题概括起来叫“热失控”,直白的说,就是某些触发条件引起电池升温,当达到一定温度时电池就变得不可控,最后的结果就是燃烧甚至爆炸。

引发热失控的因素很多,总的来说可以分为机械外力、不当充电、电池过热、设计制造层面缺陷等。

机械外力,主要包括车辆碰撞、挤压、泡水、严重托底的针刺等情况。

不当充电,主要以不当快充或过充为主,不当充电会引发电池析锂导致热失控温度大幅下降,并与电解液剧烈反应,最终发生热失控。此外电池析锂也会导致锂枝晶生长刺穿隔膜引发电池热失控。

电池过热,主要诱因是高镍正极材料的应用导致正极释活性氧与负极反应产生热量,此外老化导致电池一致性差等也会导致电池过热。

设计制造层面的热失控诱因主要包括电池生产缺陷、散热设计不好、电缆接头松动等。

骆兆军向网易汽车表示,比克电池从材料安全、结构设计、充分研究各类正负极材料,电解液安全添加剂,陶瓷隔膜,同时研究双向泄压通道让电池在极度热失控下定向爆破,不对周边电芯造成危害,真正实现整包层面上单颗电芯失效,整包不发生链锁失效。

电池企业还需要对生产流程的数据管控严格把控电芯品质,针对锂电池热失控问题持续高投入研发。” 骆兆军如是说。

高能量密度趋势下动力电池如何进一步提升安全性?

为了追求更长的续航里程,我们需要使用能量密度更高的电池,但能量密度越高,电池热稳定性就越低。电解液电池体系下如何在续航和安全中找到最佳方案已成为全产业面临的挑战。

骆兆军认为,动力电池的安全问题重点在于提前预控,在电池材料选择,设计,制造各个环节都要通过工艺把控。

“电池企业需要在充分研究不同高镍材料的安全性基础上,选择安全性能优良的掺杂和包覆型高镍用于电池设计,同时加入抑制镍溶出的安全电解液添加剂保证电极成膜的稳定性,此外引入耐温性和耐穿刺更高的陶瓷隔膜提高电池抗内短路和高温稳定性。”

整包电池安全设计层面,骆兆军以比克为例向网易汽车表示,考虑到单一泄压通道无法满足高能量密度电芯在极度热失控下的能量释放需求,比克引入了底部防爆阀技术,可实现双向定向泄压,大大提高了电池的安全特性,真正实现整包层面上单颗电芯失效整包完好的技术突破。

“电池需要有合格的安全阀设计,泄压阀确保电池在极端过热及滥用情况下,可以及时有效进行热释放。任何单一电芯发生热失控,电池包/模组仍能继续工作。”

一款安全的动力电池是如何制造出来的?

骆兆军认为,制造一款安全的电池涉及材料和结构安全设计、制造安全、化成质检、并需要基于整车进行合理的电池模组结构布局等。

电池安全设计,包含材料和结构安全设计。电池企业需要根据能量密度、安全性、循环寿命、倍率,温度窗口等指标,选择安全的正负极材料,隔膜和电解液配方,同时优化电芯结构设计确保全寿命周期电极结构稳定,以及安全泄压技术。

制造安全,需要配合全自动化设备和智能制造技术,强化电池的一致性,并在磁性物质管控,粉尘,毛刺等关键安全控制上层层把关为安全保驾护航。

化成质检涉及自放电风险的识别,骆兆军介绍到比克采用的是满电高温和常温老化模式,对压降和压降一致性设立严格的筛分模式,确保出货电池的品质稳定性。

被制造出来的电池单体和模组只是电池系统的一部分,模组基础上最终配合上高效BMS系统等形成电池包。

以高镍811为代表的高比能量电池已成为新能源的发展趋势,但高比能带来的安全挑战同样不容忽视。当前行业内普遍的共识是,动力电池短期内趋势是以液态电解液锂离子电池为主,配合正极高镍三元化负极硅炭化。下一步则向固态电池方向发展,从根本上解决电解液燃烧的问题,但这条路线至少要等到2025年甚至更久之后。

汽车电动化发展趋势下,动力电池安全将成为全行业的关注点,正如骆兆军所言,新能源汽车电池安全需要整车企业,电池企业,政策制定者、学术机构和消费者多方协力。

对于新能源汽车大家有任何疑问都可以到网易汽车新能源用户群内与我们交流,加群方法详见文章最下方的说明。此外,再次为大家奉献上动力电池安全季的10期EV Daily回顾!

EV Daily小科普第一期回顾:为啥电池有效成分是"锂"?只因它带货能力超强

EV Daily小科普第二期回顾:锂电池着火为何如此剧烈?因为一撩就失控!

EV Daily小科普第三期回顾:触发电池自燃的背后黑手--电池过热

EV Daily小科普第四期回顾:触发电池自燃的背后黑手--不当快充

EV Daily小科普第五期回顾:触发电池自燃的背后黑手-机械外力

EV Daily小科普第六期回顾:挑花了眼 方形圆柱软包哪种电池更安全?

EV Daily小科普第七期回顾:一个比一个狠 车用电池组要经历的那些酷刑!

EV Daily小科普第八期回顾:电解液添加剂竟有魔力决定电池的性格?

EV Daily小科普第九期回顾:充电时暴雨如注 接着充还是拔枪走人?

EV Daily小科普第十期回顾:纯电动汽车更怕夏日暴晒?还是冬季低温?

如想进一步了解新能源车型,也可以进入网易汽车新能源全国交流群,网易小编随时在群里发布第一手信息,24小时恭候大家。入群可以添加官方客服:魔头女司机的微信号(auto163163),发送关键词“新能源”给她,就能进入群聊啦!加入方式请点击<<<

作者:王铭

打开网易新闻,阅读体验更佳
大家都在看