時至夏季，新能源汽車又進入起火高發(fā)期。一樁樁起火事件頻繁出現(xiàn)在媒體上、微信群里。
必須承認(rèn)，這些起火事故，很多都與動力電池安全問題相關(guān)。而動力電池安全問題不解決，新能源汽車就很難大規(guī)模普及。
6月18日，中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會主辦了“2020年動力電池安全分析與技術(shù)發(fā)展網(wǎng)絡(luò)會議”，邀請行業(yè)人士共同探討動力電池安全技術(shù)，推動產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步。
會議的參加者，包括近期因針刺測試而激烈辯論的比亞迪和寧德時代，還有一些在動力電池安全上頗有探索的企業(yè)。《電動汽車觀察家》整理了寧德時代、比亞迪、華霆動力、宇量電池在提升電池安全方面的思路和舉措，為行業(yè)人士提供參考。
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寧德時代：四途徑提升電池安全性
寧德時代三元電池和磷酸鐵鋰雙線并舉。磷酸鐵鋰電池主要應(yīng)用商用車和儲能系統(tǒng)；乘用車方面則是三元和磷酸鐵鋰并舉。
寧德時代采取這個策略，主要是綜合考慮產(chǎn)品的具體用途和風(fēng)險程度。
寧德時代高級工程師陳小波解釋道，因為純電動大巴因為帶電量大，人員密集，短時間疏散難度大，因此采用磷酸鐵鋰路線較為穩(wěn)妥。乘用車實際應(yīng)用中帶電量相對較小、載人少，人員疏散相對容易。而且產(chǎn)品成熟度更高，防護更好，因此可以采用三元電池路線。
陳小波認(rèn)為，三元電池，一是可以滿足用戶對里程的需求；二是可以推動電池技術(shù)進步。“我們不能在磷酸鐵鋰技術(shù)路線上止步不前?！?
此次研討會上，寧德時代著重強調(diào)了電池全生命周期的安全。
陳小波認(rèn)為，動力電池安全是系統(tǒng)工程，對電池的安全防護應(yīng)該是全生命周期的。電池從開發(fā)設(shè)計到生產(chǎn)制造，到售后服務(wù)再到回收再生，都存在安全風(fēng)險，要想辦法規(guī)避這些風(fēng)險。
陳小波將提升電池安全歸為四個路徑。
一是產(chǎn)品設(shè)計層面，提高安全閾值。電池包從設(shè)計環(huán)節(jié)，就要做到防水、防火、防撞、防高壓漏電，同時做到高可靠性。
二是，注重制造過程的質(zhì)量與安全管控。在電芯生產(chǎn)層面，寧德時代有超過2600個品質(zhì)與安全控制因子。
三是，注重動力電池全生命周期的安全性。陳小波認(rèn)為，電池全生命周期安全的防控重點各有特點：例如早期階段，需要注意軟硬件故障，以及工藝、生產(chǎn)層面的問題；中期階段需要關(guān)注偶然性失效問題，例如電芯的膨脹、低壓連接件的老化、低壓線束老化等。
最后，加強售后維護、安全預(yù)警與產(chǎn)品的報廢處理。陳小波建議，跟進年檢制度，對電池包被磕碰、密封不良等情況進行維護。陳小波還認(rèn)為，要善于利用大數(shù)據(jù)，基于后臺大數(shù)據(jù)分析，對有安全預(yù)警的電池進行及時更換。此外，對超過服役期的電池，也要制定相關(guān)的報廢處理辦法。
陳小波反復(fù)提到電池的可靠性問題，尤其振動后的防水問題，以及高壓連接件的可靠性問題。他認(rèn)為，這些都是在真實應(yīng)用過程中經(jīng)常會遇到的問題，值得重視。
當(dāng)然，陳小波認(rèn)為動力電池發(fā)展也存在一些挑戰(zhàn)。
一是輕量化與安全之間的平衡。電池安全需要高強度防碰撞設(shè)計，以及防火、耐熱材料，同時滿足又輕又安全，需要開發(fā)更新型的材料。
二是有毒、可燃性煙氣與封閉空間的問題。電芯發(fā)生熱失控，會產(chǎn)生大量毒害煙氣。需要政策或規(guī)范明確，例如規(guī)定在一定時間內(nèi)防止煙氣進入乘客艙。針對煙氣，需要開展氣體轟燃和毒性研究，以及制定有針對性的消防、緊急處理、人員疏散等措施。
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比亞迪：打造七維四層安全矩陣
與寧德時代不同，比亞迪在思考安全問題時，采用的是對電池和失效模式進行拆解的方式。
比亞迪考慮安全問題時，將電池分為四個層次，單體電芯、模組、電池包、系統(tǒng)；失效模式分為七個維度，連接可靠、高壓安全、機械安全、過充、外部過流、內(nèi)部短路和危險氣體。
比亞迪弗迪電池安全技術(shù)部副經(jīng)理林文生認(rèn)為，大家一談到電池安全時，經(jīng)常說電池過充、內(nèi)短路或者高壓出問題，但這些都是零散的點。在思考電池安全時，要做到不漏過任何一個環(huán)節(jié)，需要對電池安全進行系統(tǒng)化思考。
對于這些失效模式，比亞迪首先會分析這些失效模式能不能完全屏蔽掉；對于不能完全屏蔽掉的，必須要做到預(yù)警；即使完全失效，也要做到風(fēng)險可控。
林文生介紹了比亞迪針對這些失效模式思考以及措施。
連接可靠性方面，失效形式主要是松動或者局部斷裂，后果就是動力中斷，或者局部發(fā)熱、拉弧甚至起火。要避免這一問題就要考慮連接設(shè)計，例如用全自動焊接取代螺紋連接，保證連接的可靠性。
如果是不可能避免，下一步的設(shè)計就是監(jiān)測預(yù)警，例如進行溫度和電壓監(jiān)測。
高壓安全方面，失效模式主要為漏電和高壓擊穿。對此，比亞迪從源頭上進行優(yōu)化設(shè)計，首先是高壓分段，維修的時候，可以通過一個主動裝置將高壓降下來。防水層面，比亞迪采用IP67的防水等級，對進水導(dǎo)致的漏電問題進行屏蔽。
另一個重要的是絕緣設(shè)計，要考慮例如爬電距離、電氣間隙、單體外殼絕緣、銅排/動力線絕緣設(shè)計以及線束絕緣設(shè)計等。除此之外，還要考慮如果發(fā)生其他危險，對原有的絕緣設(shè)計造成次生的安全問題，也需要考慮。當(dāng)然還需要預(yù)警和監(jiān)測功能。
機械安全方面，比亞迪再細分分為結(jié)構(gòu)安全設(shè)計和電/熱安全設(shè)計。結(jié)構(gòu)安全設(shè)計方面，比亞迪考慮整車對電池包的防護，對電池包進行防撞設(shè)計，采用高強度的鋁合金托盤、蜂窩結(jié)構(gòu)的加強邊框，考慮單體耐變形能力。
電/熱安全設(shè)計方面。比亞迪考慮，當(dāng)電池被機械擠壓后，也會造成出很多次生問題，例如，擠壓后電芯發(fā)生短路怎么辦？有沒有一個斷開裝置？能不能自動熔斷？有沒有防爆閥相關(guān)設(shè)計？這些都是在設(shè)計之初需要考慮周全的。
模塊方面還要考慮隔熱和絕緣設(shè)計。電池包層面則是傳感器方面的設(shè)計，例如傳感器斷電，能不能觸發(fā)觸發(fā)起斷開高壓？以及隔火隔熱的設(shè)計。
還要考慮過充問題。林文生認(rèn)為，電池過充的風(fēng)險已經(jīng)相對較小，因為有電池管理系統(tǒng)分級保護?！皢坞娦具^充從設(shè)計上沒有辦法屏蔽，主要看其過充的閾值在哪里，這是由電池材料決定的?！?
外部過流方面，主要依靠匹配設(shè)計來規(guī)避。例如每個負載單獨配置保險絲，高壓負載與保險絲匹配等等。
內(nèi)部短路方面，包含的范圍比較廣。比亞迪這里主要指析鋰和異物兩類，他們認(rèn)為從設(shè)計上很難屏蔽，只能對生產(chǎn)環(huán)境進行控制。因為難以避免，風(fēng)險防控更要做到位，需要進行風(fēng)險劃分，最終達到可控的目的。
最后是危險氣體。林文生表示，電池包里危險氣體的來源非常多，例如電解液，其本身就是可燃的，分解后產(chǎn)生的一氧化碳和甲烷乙烷都是可以燃燒的。主要措施就是防爆閥與CID（電流切斷裝置）匹配、安裝氣體探測裝置、氣體泄放裝置、低壓下屬方拉弧設(shè)計以及線束耐高溫設(shè)計等。
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華霆動力：針對電芯失效模式進行防控
作為一家電池系統(tǒng)集成商，對電芯品質(zhì)無可著手，華霆動力更為關(guān)注的是電芯失效之后的防控。華霆動力此次探討的是圓柱電芯在非濫用情況下的熱失控控制問題。
他們的思路是將電芯的失效模式都找出來，并針對每一個失效模式進行防護。用華霆動力技術(shù)有限公司董事長周鵬的話說，“如果每個失效模式都是一道傷疤的話，我們就找到一個膏藥將其蓋住，就是做一些包覆?！?
華霆動力的“蜂窩電池”模組
具體來說，就是將電芯的失效模式進行量化，電芯在熱失控的情況下產(chǎn)生多少焓（編者：可初略理解為總熱能）。通過仿真方式，計算出模組內(nèi)部溫度場、流場分布，并根據(jù)這些分布特點進行防護。
電池系統(tǒng)層面，則需要做到精準(zhǔn)監(jiān)測。事故發(fā)生后，熱管理系統(tǒng)可以做一些動作來降低熱失控傳播的概率。
此外，華霆動力還考慮車輛靜置的問題。車輛下電后，電池管理系統(tǒng)還應(yīng)具備熱失控主動監(jiān)測功能?！靶枰姵毓芾硐到y(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)實時交互，而且電流不能太大，否則車內(nèi)12V鉛酸電池很難支撐?！?
周鵬認(rèn)為，通過這一整套系統(tǒng)，可以有效的保證整個系統(tǒng)熱失控或者是熱蔓延的概率大幅降低。
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宇量電池：用好熱失控后的煙氣
蘇州宇量電池有限公司董事長毛煥宇也參加了會議。他主要探討，電芯熱失控之后到明火燒起來能否有5分鐘，或更長時間來逃生。
在毛煥宇看來，電芯發(fā)生熱失控之后產(chǎn)生煙氣值得重視。目前電池?zé)崾Э禺a(chǎn)生的煙氣都是可燃的，只要有靜電或者火花，就會發(fā)生火災(zāi)。
“一般單顆18650電芯發(fā)生熱失控，如果電芯內(nèi)容物沖出受阻就會產(chǎn)生邊裂，將導(dǎo)致更多電芯熱失控產(chǎn)生大量煙氣。”
但是如果煙氣不可燃的話，其存在也有好處。
毛煥宇解釋道，煙氣可以帶走90%以上的熱量，大大降低熱失控電芯本身的溫度，阻止熱失控也較為容易。電芯熱失控之后，大約40%的總質(zhì)量已經(jīng)噴射到煙氣里面去了，帶走了反應(yīng)物、產(chǎn)物以及熱量?！皣姵鑫锸撬械碾娊庖骸⒏裟?、粘結(jié)劑、部分石墨和鋁箔，只有一部分正極材料、銅箔及殼體留下來了?！?
毛煥宇認(rèn)為，不可燃的煙氣相對于火焰更容易逃生，而且臨近的物體、車輛、建筑物都不會被引燃。
宇量電池為此研發(fā)了一種化合物，具有隔熱、吸熱和滅火三大特點。該化合物可以有效改變氣體成分，將可燃的煙氣變?yōu)椴豢扇?，這樣就能給成員更多的逃生時間。
毛煥宇也透露，這種化合物的成本非常低，也極易獲取。
可以看到，寧德時代強調(diào)電池全生命周期的防護和監(jiān)控，針對各個時期可能出現(xiàn)的問題進行防護；比亞迪則是分層次對電池?zé)崾Э氐脑驓w類進行分析防護；華霆動力則是將電芯的失效模式進行分析，針對每種模式在系統(tǒng)層面“打補丁”進行防控；宇量電池則著重探討電芯熱失控后如何最大程度減少傷害，為乘員贏得逃跑的黃金“5分鐘”。
不同企業(yè)在提升電池安全方面各有特色，而且聽上去效果都很好。這些安全技術(shù)、策略，能否真正落實呢？
從中國新能源汽車過去十年的表現(xiàn)看，既存在“無知”的問題——對動力電池及電動汽車的安全研究不夠，防范方法缺失；又存在“知而不行”的問題，有的存僥幸心理，有的是從成本考慮，生產(chǎn)品控標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)，安全防護“減配”。所以，中國才有這么多起火事件。
現(xiàn)在來看，中國動力電池產(chǎn)業(yè)界似乎解決了“無知”的問題，那現(xiàn)在我們期待的，就是大家的行動了。 （完）
