國內企業該如何應對電池安全隱患？
[2018-11-10 08:59:23]
近日,大眾汽車與韓國電池供應商LG組成了一個特別工作組,并將保持較高的會面工作頻率,以確保LG可以穩定的向大眾汽車供應電池產品。大眾汽車認為在電池供應過程中,由于使用了新的電池技術,在電池生產、電池封裝等方面可能會存在安全隱患。
顯然, LG作為全球技術領先的鋰電供應商,并不能讓大眾對其產品安全性完全放心,尤其是當有新技術應用在產品上時。再結合最近一段時間頻繁的汽車召回事件,不難發現,電池安全仍然是懸掛在全球范圍內新能源車企心頭的一把達克摩斯之劍。
而在國內,由于新能源汽車技術起步較晚,政策變更頻繁,導致新能源車型一直不停迭代。缺乏了足夠的驗證,安全隱患更為突出。
據統計,進入2018年以來,國內大大小小電動車起火事故已經超過50起,而近一段時間高頻率的電動汽車起火事件,讓電池安全問題成為了整個行業的焦點,下到電動汽車消費者,上到專家學者、國家部委都發聲強調安全性在新能源車中的核心地位。
電池事故無關技術路線
介于鋰電安全的緊迫性,有一些專家甚至提出,動力電池發展應該舍棄三元而重回磷酸鐵鋰時代。這種觀點其實就有些過猶不及了,熟悉鋰電池熱失控過程就應該明白,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,各種電池都面臨著危險。
電芯的熱失控過程大致如下:當電芯溫度上升到一定程度(約130℃)時,負極表面的SEI膜就會開始分解導致高活性鋰碳負極暴露于電解液中發生劇烈的氧化還原反應,產生的熱量使電池進入高危狀態。而當電池內部局部溫度升高到200℃以上時,正極表面鈍化膜分解正極發生析氧,并繼續同電解液發生劇烈反應產生大量的熱量并形成高內壓。當電池溫度達到240 ℃以上時,還伴隨鋰炭負極同粘結劑的劇烈放熱反應。
由此可見,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環節,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法其實很片面,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路線的做法有失偏頗。
一個擺在眼前的事實就是,隨著美國A123的破滅,國際上幾乎沒有主流車企采用磷酸鐵鋰的技術路線。而分析分析國內電動汽車起火事也不難發現,不論是鐵鋰還是三元,都存在起火燃燒的案例,與其在技術路線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”
事實上,電芯的失效只是整個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、工作方式和環境等多方面的因素會使得電芯的安全隱患加倍的體現出來,因此動力系統的結構設計、控制系統、生產管控的嚴密性等等才是更加重要的部分。
前不久,某業內人士在對三輛發生自燃的電動汽車拆解后分析發現,涉事動力電池供應商和車企不重視安全,為了降低成本,對電芯品控不嚴、BMS設計要求太低、沒有對動力電池包進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輛自燃的元兇,而類似案例絕不在少數。中國汽車技術研究中心主任王秉剛在接受采訪時表示,我國電動汽車發生的一些安全事故,有些是很低級的錯誤,比如充電過程中沒有保護,電充滿后還繼續充,一直充到電池包鼓包、著火。如此劣質的產品也通過了準入檢測,要么說明準入時的不嚴格,要么說明沒有按照要求來生產。
中國電動汽車百人會執行副理事長歐陽明高在全球未來出行大會上也表示,近期新能源汽車起火的事件,其主要原因是產品質量問題,沒有遵守技術規范和技術標準、技術驗證周期的偏短等。具體體現在三個方面,一是,電池產品測試驗證不足;二是,車輛使用過程中可靠性變化;三是,充電安全管理技術有問題。
其中,充電安全尤為重要,因為大部分安全事故都發生在充電時,此時電池與充電系統連在一起,是熱失控最容易的時候,同時還有高壓電器的短路等等,都會容易引起事故。本來國家對于電池管理系統是有一個ISO26262的執行規范,但大部分企業在設計時并沒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,目前的電池安全問題還是出在電池結構設計以及產品質量把控上,而不是所謂的技術路線,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、市場逼迫成本控制的兩頭擠壓下,企業很難在兩者兼顧下還能做好質量。
對此,歐陽明高的建議是不宜強行推行原有的產業化計劃(2020年單體達到350瓦時/公斤,系統260瓦時/公斤,循環壽命2000次),同時,補貼政策要符合技術發展的規律,對能量密度的提升不宜過快、不宜更改過頻。要留給企業充分的時間,快速提升產品質量,消除安全隱患。
中汽協常務副會長董揚也表示了類似觀點,他認為,企業應成為電動汽車安全性的第一責任人,動力電池制造企業、電動汽車制造企業、充電運營企業都要更加重視電動汽車安全性,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,應加強管理創新,建立保障電動汽車安全性的制度。一是保持電動汽車準入和補貼等技術指標的穩定性,不要頻繁變動技術指標,如果變動技術指標,應給企業至少兩年時間開發、設計、驗證新產品。二是建立電動汽車安全性管理機制,一旦發生安全性事故,應及時組織專家分析、研究,搞清事故原因,提出可供全行業吸取教訓的技術建議,嚴禁企業瞞報。三是針對電動汽車特點,建立周期性產品安全性檢驗制度。
值得一提的是,設計和品控能有效遏制鋰電安全事故,但安全問題最終還是會回歸到技術問題,電池產業發展越后期,電池安全就越變成一個瓶頸技術。比如十分鐘充300公里以上的電的快充技術會對電池安全帶來挑戰,電壓從300V提高到600V甚至800V,這些都與安全相關,也是今后純電動汽車競爭的主戰場。
因此,要解決安全問題,除了在產品質量上下功夫,全面提升現有鋰離子動力電池系統安全技術,全力突破新型固態電池等技術也是重中之重。
