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特斯拉起火背后 防范動(dòng)力電池安全“灰犀牛”

   2019-04-25 高工鋰電45790
核心提示:在動(dòng)力電池的安全實(shí)現(xiàn)上,從電池企業(yè)的角度,應(yīng)該具體做哪方面的提升,來真正防范這個(gè)灰犀牛?在電動(dòng)汽車全面市場(chǎng)化的征途上,安
在動(dòng)力電池的安全實(shí)現(xiàn)上,從電池企業(yè)的角度,應(yīng)該具體做哪方面的提升,來真正防范這個(gè)“灰犀牛”?

在電動(dòng)汽車全面市場(chǎng)化的征途上,安全始終是一把高懸在頂?shù)?ldquo;達(dá)摩克利斯之劍”。

上海車展還沒結(jié)束,沉浸在興奮中的新能源汽車行業(yè)就迎來了一個(gè)毫無(wú)征兆的“黑色星期一”。4月21日晚,上海徐匯區(qū)某小區(qū)地下車庫(kù),一輛ModelS在沒有碰撞的情況下發(fā)生自燃,從流傳出的視頻來看,先是冒出大量白煙,進(jìn)而起火燃燒,并引發(fā)了周圍車輛的起火燃燒。

整個(gè)周一,特斯拉起火視頻在朋友圈瘋狂傳播,正當(dāng)網(wǎng)友用“又又雙叒叕”來感嘆其起火的頻次之高時(shí),當(dāng)天下午,西安蔚來授權(quán)服務(wù)中心一輛正在維修中的ES8發(fā)生燃燒,從網(wǎng)上流傳的圖片顯示,該輛ES8損毀非常嚴(yán)重,車架幾乎燃燒殆盡。

一天之內(nèi),連續(xù)兩起電動(dòng)汽車自燃事故,且都是國(guó)內(nèi)外明星級(jí)車企的電動(dòng)汽車產(chǎn)品,這不禁讓業(yè)內(nèi)人士為剛剛開啟的電動(dòng)汽車市場(chǎng)“捏了一把冷汗”。

事實(shí)上,如果把時(shí)間線再往前追溯,會(huì)發(fā)現(xiàn),電動(dòng)汽車起火燃燒的事故案例正在增多,尤其是自2018年以來,在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)頻繁發(fā)生過多起電動(dòng)汽車安全事故。

高工鋰電不完全統(tǒng)計(jì),2018年,僅國(guó)內(nèi)爆出的電動(dòng)汽車安全事故就超過40起,這些事故嚴(yán)重危及行業(yè)形象和公眾對(duì)于電動(dòng)車的信心。

電動(dòng)汽車在完成了從0到1之后,正在進(jìn)入大規(guī)模市場(chǎng)化的快車道,在這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn),安全問題有可能成為全行業(yè)的一個(gè)“不定時(shí)炸彈”。尤其是當(dāng)下的行業(yè)趨勢(shì)下,安全風(fēng)險(xiǎn)更大的高鎳體系動(dòng)力電池開始逐步進(jìn)入配套應(yīng)用階段。

中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高在多個(gè)公開場(chǎng)合已經(jīng)反復(fù)指出,電動(dòng)汽車面臨的最大風(fēng)險(xiǎn),就是電池安全性。

事實(shí)上,歐陽(yáng)明高的擔(dān)心并非“危言聳聽”,梳理分析國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車起火事件,大部分原因都指向了電池環(huán)節(jié),具體而言,絕大部分都是由于電池?zé)崾Э厮l(fā)。

所謂的熱失控,是指動(dòng)力電池在工作的時(shí)候會(huì)發(fā)熱,當(dāng)電池溫度過高或充電電壓過高時(shí),電池內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生連鎖的化學(xué)反應(yīng),導(dǎo)致電池內(nèi)壓和溫度急劇上升,引發(fā)電池?zé)崾Э夭⒆罱K導(dǎo)致燃燒。

而如果對(duì)于電池?zé)崾Э氐脑蛟龠M(jìn)行追溯,則具體涵蓋了過熱、過充、內(nèi)短路、碰撞等多重因素。

通過分析去年以來的起火事故,歐陽(yáng)明高得出的結(jié)論是,動(dòng)力電池在產(chǎn)品質(zhì)量上還存在不少明顯的問題,這主要體現(xiàn)為三類,第一,電池產(chǎn)品測(cè)試驗(yàn)證不足;第二,車輛使用過程中可靠性變化;第三,充電安全管理技術(shù)有問題。

如果用產(chǎn)品質(zhì)量問題可以來解釋去年國(guó)內(nèi)的電動(dòng)汽車安全事故,那么對(duì)于特斯拉接連爆出的自燃事故,就不能單一的從質(zhì)量角度去分析,更多的可能還包括材料體系選擇、電芯設(shè)計(jì)與系統(tǒng)防護(hù)等環(huán)節(jié)來進(jìn)行追溯與反思。

從動(dòng)力電池企業(yè)的角度來考量,包括歐陽(yáng)明高在內(nèi)的多位業(yè)內(nèi)專家和企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人都向高工鋰電強(qiáng)調(diào),一定要從系統(tǒng)著眼,從材料選擇與控制、電芯級(jí)規(guī)格選型與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造品質(zhì)控制、模組及pack級(jí)的安全防護(hù)、整車驗(yàn)證、使用環(huán)節(jié)操作等多個(gè)層面出發(fā)來做更全面的。

在動(dòng)力電池的安全實(shí)現(xiàn)上,從電池企業(yè)的角度,應(yīng)該具體做哪方面的提升,來真正防范這個(gè)“灰犀牛”,高工鋰電通過與行業(yè)專家、產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的深度交流,提出了以下建議:

一是在材料的選擇上,核心材料的選擇對(duì)于最終的電芯產(chǎn)品安全會(huì)直接產(chǎn)生影響。

容百科技一位技術(shù)負(fù)責(zé)人向高工鋰電介紹,電芯的安全很大程度上取決于核心材料,尤其是對(duì)于高鎳三元體系而言,正極材料的金屬異物含量、殘余鋰以及PH值,會(huì)對(duì)電芯的安全性能影響非常大。

高工鋰電獲悉,事實(shí)上,包括寧德時(shí)代、三星、遠(yuǎn)景AESC等國(guó)際企業(yè)對(duì)于正極材料核心關(guān)鍵指標(biāo)有嚴(yán)格的要求,譬如殘留鋰需要控制2000ppm以內(nèi),PH值11在以內(nèi),金屬異物在20ppb以內(nèi)。對(duì)此,業(yè)內(nèi)專家的建議是,國(guó)內(nèi)電電池企業(yè)要在材料的核心指標(biāo)控制上,提出明確的要求。

二是在電芯、模組、Pack設(shè)計(jì)與工藝過程設(shè)定上,要做好安全冗余和監(jiān)控預(yù)警。

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié),首先是電芯要確保化學(xué)穩(wěn)定性,要選擇穩(wěn)定的材料,并通過嚴(yán)格評(píng)估測(cè)試它的穩(wěn)定性;在模組部分,通過結(jié)構(gòu)來保護(hù)電芯免受到?jīng)_擊。第三個(gè)階段是pack,除了物理上的保護(hù)措施,關(guān)鍵是要通過BMS對(duì)電芯模組進(jìn)行故障診斷,監(jiān)測(cè)異常發(fā)生,并預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的問題,從而對(duì)問題進(jìn)行管控。

這其中,多家頭部動(dòng)力電池企業(yè)都向高工鋰電強(qiáng)調(diào),無(wú)論是在電芯、模組還是在pack環(huán)節(jié),都要充分考慮FMEA,確保設(shè)計(jì)留安全余量。

同時(shí)在工藝過程的設(shè)定上,加入安全工藝設(shè)定,排除瑕疵電芯,確保產(chǎn)品一致性;制造嚴(yán)控質(zhì)量,確保足夠覆蓋所有FMEA失效模式的監(jiān)控點(diǎn),做到產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)的可追溯、可追蹤。

此外,在pack及BMS設(shè)計(jì)上,要有安全預(yù)警策略,在電池系統(tǒng)里開發(fā)裝置安全預(yù)警系統(tǒng),緊急情況下,提前切斷電路,避免熱失控發(fā)生。BMS要起到保護(hù)電池的作用,監(jiān)測(cè)到溫度急劇上升就要報(bào)警,哪怕停車鎖車狀態(tài)。車輛要能夠接受到BMS的報(bào)警,及時(shí)反應(yīng)(聲光報(bào)警,通知車主)。

三是在量產(chǎn)前的測(cè)試與驗(yàn)證上,要做好充分的驗(yàn)證。

事實(shí)上,這也是目前國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池領(lǐng)域目前面臨的最大問題,一方面產(chǎn)品換代迅速,另一方面測(cè)試驗(yàn)證需要耗時(shí)耗力且設(shè)計(jì)參考經(jīng)驗(yàn)缺乏,這也是導(dǎo)致近年來事故頻發(fā)的重要原因。

他山之石,可以攻玉。全國(guó)人大代表、遠(yuǎn)景集團(tuán)CEO張雷在今年的兩會(huì)建議中提到,國(guó)際傳統(tǒng)知名車企的開發(fā)流程,測(cè)試驗(yàn)證環(huán)節(jié)相當(dāng)充分,在產(chǎn)品推出前已經(jīng)將安全風(fēng)險(xiǎn)控制到最低水平。這些車企也掌握著汽車使用工況的核心參數(shù),在模組和pack層級(jí)的測(cè)試驗(yàn)證方案也更加充分、合理。和張雷的觀點(diǎn)一樣,多為業(yè)內(nèi)人士都建議,動(dòng)力電池企業(yè)要借鑒傳統(tǒng)車企開發(fā)流程和測(cè)試環(huán)節(jié)的經(jīng)驗(yàn),并在產(chǎn)品測(cè)試環(huán)節(jié)做好充分的驗(yàn)證。

就在上周上海車展上舉行的遠(yuǎn)景AESC戰(zhàn)略發(fā)布會(huì)上,張雷同樣表達(dá)了和歐陽(yáng)明高類似的觀點(diǎn),他認(rèn)為,安全電池安全是電動(dòng)汽車行業(yè)最大的“灰犀牛”。也是基于對(duì)于安全的的考量,遠(yuǎn)景在切入動(dòng)力電池領(lǐng)域時(shí),選擇了日本企業(yè)AESC,一家由日產(chǎn)和NEC合資成立的電池企業(yè),過去12年,這家企業(yè)創(chuàng)造了配套43萬(wàn)輛電動(dòng)汽車,9年行駛積累0嚴(yán)重事故的記錄。

四是基于物聯(lián)科技,實(shí)現(xiàn)全生命周期的安全性防護(hù)。

電池是有機(jī)的化學(xué)體系:溫度、功率、電壓、電流、電量、內(nèi)阻等等每一個(gè)物理量都時(shí)時(shí)刻刻影響電芯的安全和健康程度。并且受到駕駛員的操作習(xí)慣以及駕駛環(huán)境的影響。通過實(shí)時(shí)收集電池包相關(guān)數(shù)據(jù)和駕駛行為以及環(huán)境之間的關(guān)系,再通過大數(shù)據(jù)的分析和對(duì)比,實(shí)現(xiàn)電池健康度的預(yù)測(cè)和安全管理將是一個(gè)可行方案。

通過大數(shù)據(jù)分析電池性能和安全相關(guān)參數(shù)與駕駛行為和駕駛環(huán)境參數(shù)的關(guān)系,評(píng)估電池的健康程度并且給出量化,可以將電池和整車的健康度用量化的形式實(shí)時(shí)呈現(xiàn)給駕駛員,一旦有部分部件存在高風(fēng)險(xiǎn),系統(tǒng)可以提示駕駛員進(jìn)行更換,或者采取預(yù)防措施。同時(shí)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)健康度,并且告知駕駛員可以如何調(diào)整駕駛方式來提高電池和整車的健康度。從而達(dá)到跟駕駛員良性互動(dòng),提高整個(gè)系統(tǒng)安全的目的。

包括歐陽(yáng)明高在內(nèi)的業(yè)內(nèi)人士的一致判斷是,安全技術(shù)是動(dòng)力電池的第一核心技術(shù),也是電池技術(shù)革命性突破的第一重點(diǎn),是電動(dòng)汽車可持續(xù)發(fā)展的生命線。

面對(duì)動(dòng)力電池安全“灰犀牛”,能否獲得更大的突破和進(jìn)展,將決定了動(dòng)力電池企業(yè)在接下來能夠走多遠(yuǎn):“高鎳時(shí)代,安全將始終是車企和電池企業(yè)必須時(shí)刻警醒的達(dá)摩克里斯之劍,從材料-電芯-模組-pack-車,每一個(gè)環(huán)節(jié)的疏忽都可能導(dǎo)致不可挽回的損失。” 
 
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