鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：521次 | 2022年12月30日
王子冬：動(dòng)力鋰電池能量密度要和安全性平衡
五月四日，杭州九堡客運(yùn)中心門(mén)口，一輛正在行駛的面包車(chē)發(fā)生自燃。五月八日，鄭州日產(chǎn)帥客EV在東莞某充電站自燃，致使多車(chē)嚴(yán)重?fù)p毀。六月五日，一輛江鈴易至EX5在湖州長(zhǎng)興某小區(qū)發(fā)生自燃。六月二十二日，一輛歐拉iQ在保定市瑞興路的國(guó)家電網(wǎng)充電站內(nèi)自燃。六月二十八日，杭州余杭盛奧西溪銘座地下車(chē)庫(kù)發(fā)生一起新能源汽車(chē)自燃事故
五月以來(lái)，電動(dòng)汽車(chē)安全事故頻發(fā)、火燒連營(yíng)。原我國(guó)北方車(chē)輛研究所動(dòng)力鋰電池實(shí)驗(yàn)室主任、我國(guó)汽車(chē)動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書(shū)長(zhǎng)王子冬坦言，目前電動(dòng)汽車(chē)自燃事故還不能歸零，給新能源汽車(chē)推廣帶來(lái)巨大的負(fù)面影響。
在近日舉辦的動(dòng)力鋰電池安全設(shè)計(jì)及防護(hù)技術(shù)線上研討會(huì)上，王子冬反復(fù)強(qiáng)調(diào)，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)安全要有正確認(rèn)識(shí)，在目前電池起火原因尚不明晰的情況下，動(dòng)力鋰電池能量密度的提升要和安全性尋求平衡優(yōu)化。
電池自燃的根本原因是內(nèi)部短路
高溫炎熱的夏天更容易起火的說(shuō)法并不正確。王子冬指出，從各個(gè)月份的電動(dòng)汽車(chē)起火事件分布情況來(lái)看，除了十二月的數(shù)量略少之外，其余各個(gè)月份都有超過(guò)4起嚴(yán)重起火事故，其中5、六月和十一月是兩個(gè)高峰期，這表明電動(dòng)汽車(chē)起火事故在全氣候條件下均易發(fā)生。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
王子冬認(rèn)為，電動(dòng)汽車(chē)安全事故重要由動(dòng)力鋰電池?zé)崾Э匾?，但熱失控僅是結(jié)果，其原因錯(cuò)綜復(fù)雜?，F(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)普遍配置了熱管理系統(tǒng)，電池不太容易因?yàn)閱我坏臒釣E用而觸發(fā)熱失控。他表示，解決電池安全問(wèn)題，還要從更為復(fù)雜的角度對(duì)其誘因進(jìn)行全面分析。
說(shuō)起熱失控，一般都指向了電芯的熱失控。王子冬強(qiáng)調(diào)，這一觀點(diǎn)很片面，電芯熱失控只是其中的一部分，還有其他原因引起的熱失控，比如，電池包內(nèi)部的低壓線束起火，局部高電阻導(dǎo)致高壓線路升溫、不合理的充電和維護(hù)方法等，在電池包內(nèi)沒(méi)有相應(yīng)的防護(hù)措施時(shí)，火勢(shì)難以控制，形成熱失控和蔓延，最終導(dǎo)致電芯起火，從而出現(xiàn)電芯熱失控的假象。
車(chē)企在理解熱失控時(shí)也經(jīng)常感到困惑，因?yàn)楫?dāng)前電池?zé)崾Э氐暮x或研究都是以電芯來(lái)設(shè)計(jì)的。王子冬坦言，以電芯先入為主的思路，不利于實(shí)際工作中開(kāi)展熱失控的防護(hù)。
厘清電池包的熱失控要回歸本源，即熱上。王子冬進(jìn)一步說(shuō)明，電池包熱源來(lái)自多個(gè)方面：周?chē)饨缥矬w的熱；短路或線路中高溫電阻、電芯內(nèi)阻電流用途出現(xiàn)熱；過(guò)充或是低電壓、大電流出現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)出現(xiàn)熱；正負(fù)極材料和氧氣出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，以及氣體膨脹都會(huì)出現(xiàn)熱。
在王子冬看來(lái)，引發(fā)電池自燃的根本原因是內(nèi)部短路。加工制備時(shí)混入的金屬雜質(zhì)或出現(xiàn)的極片毛刺、電濫用、電解液浸泡不均等引發(fā)的局部析鋰，都有可能劃破電池隔膜，引發(fā)微小的內(nèi)部短路。王子冬稱(chēng)，這種微小的短路并不易被察覺(jué)會(huì)在電池內(nèi)部持續(xù)產(chǎn)熱，當(dāng)熱量堆積到一定程度就會(huì)引發(fā)電池?zé)崾Э?，致使電池起火?/p>
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱(chēng)電壓：28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
電池能量密度和安全性成反比
王子冬進(jìn)一步表示，近幾年電動(dòng)汽車(chē)安全事故呈現(xiàn)出一定趨勢(shì)。電動(dòng)客車(chē)起火頻次和占比逐年減少，而乘用車(chē)起火頻次和占比總體上在上升，三元電池的使用是一個(gè)原因。王子冬坦言，盲目追求高能量密度是問(wèn)題的焦點(diǎn)，如何在高能量密度和提高安全性之間取得平衡，是當(dāng)前業(yè)內(nèi)亟待解決的一大難題。
各動(dòng)力鋰電池公司在不遺余力地創(chuàng)新。2019年九月，CATL推出了全新的CTP方法，改變了原有的電芯模組電池包結(jié)構(gòu)，電芯直接集成到電池包。據(jù)了解，北汽EU5成為首款搭載該電池的車(chē)型，該電池包體積利用率提高了15%20%，能量密度進(jìn)一步提升至200Wh/kg，大幅降低了動(dòng)力鋰電池的制造成本。TSLA、蜂巢能源均對(duì)CTP技術(shù)進(jìn)行了布局。
比亞迪今年也重磅推出了刀片電池，設(shè)計(jì)上取消了縱梁、橫梁，以電芯作為電池包結(jié)構(gòu)的支撐件，使其體積能量密度從普通電池包的251Wh/L提高至332Wh/L。
上述新技術(shù)沒(méi)有隔離墻，這就要求電池確保萬(wàn)無(wú)一失，但目前還做不到。王子冬直言，目前還沒(méi)有真正弄清楚鋰電池的著火原因、是什么環(huán)節(jié)出了問(wèn)題、什么場(chǎng)景會(huì)出問(wèn)題。為了降低成本、多帶電池，直接取消模組的做法值得商榷，有相當(dāng)大的風(fēng)險(xiǎn)。在他看來(lái)，理論上，電池能量密度和安全性成反比。動(dòng)力鋰電池成組時(shí)最關(guān)鍵、最核心的問(wèn)題是安全和使用壽命，其影響因素除了電池自身工藝性和產(chǎn)品質(zhì)量外，充電的安全性和熱管理技術(shù)也至關(guān)重要，假如沒(méi)有完善這兩項(xiàng)技術(shù)，電池的安全性和長(zhǎng)壽命循環(huán)就無(wú)法得到保證。
為應(yīng)對(duì)動(dòng)力鋰電池自燃事故的發(fā)生，很多公司都在研究BMS（電池管理系統(tǒng)）。假如電池受到外部影響，目前的BMS基本能夠起到防護(hù)用途，但假如是電池內(nèi)部出現(xiàn)問(wèn)題，一般的BMS就不太管用了。王子冬建議，BMS研究的重點(diǎn)應(yīng)該在電芯的檢測(cè)和事故前的監(jiān)控上，BMS不能是事后諸葛亮。
電池設(shè)計(jì)要從整體系統(tǒng)優(yōu)化
值得注意的是，目前有相當(dāng)一部分安全事故集中在充電環(huán)節(jié)。王子冬指出，正常充電過(guò)程中引發(fā)的電池起火事故正逐年上升，其中有充電設(shè)備故障引起的，也有電池過(guò)充引發(fā)的。實(shí)際上，電動(dòng)汽車(chē)在停止?fàn)顟B(tài)下也會(huì)自燃，這對(duì)電池安全管理提出了更高要求，不僅在運(yùn)行過(guò)程中，在斷電狀態(tài)下也要對(duì)電池進(jìn)行有效監(jiān)管和防護(hù)。斷電后的監(jiān)護(hù)，目前還是盲點(diǎn)。
王子冬進(jìn)一步表示，隨著電動(dòng)汽車(chē)保有量的上升和充電樁建設(shè)速度的加快，對(duì)充電方法和充電設(shè)施進(jìn)行更加規(guī)范化的管理，對(duì)充電電池組進(jìn)行有效的狀態(tài)檢測(cè)，十分重要。
目前，行業(yè)正致力于大功率直流快充的技術(shù)攻堅(jiān)。王子冬提醒，快充對(duì)動(dòng)力鋰電池的要求很高，和之相伴的是，如何減小電池組在快充過(guò)程中單體電池之間的差異問(wèn)題。要實(shí)現(xiàn)快充，就必須在其它方面做出犧牲。王子冬解釋?zhuān)斐鋾?huì)在鋰電池內(nèi)部出現(xiàn)大量熱量，過(guò)高的溫度會(huì)破壞負(fù)極材料的粘接性能，從而導(dǎo)致負(fù)極活性物質(zhì)的脫離，使電池可逆容量快速衰降、電池性能劣化，嚴(yán)重影響動(dòng)力鋰電池的使用壽命。
王子冬表示，行業(yè)已經(jīng)在減小電池級(jí)片的厚度、改變電池結(jié)構(gòu)，以及選擇更合適快充的材料等方面進(jìn)行調(diào)整。不過(guò)，這些都將新增動(dòng)力鋰電池的生產(chǎn)成本，電池設(shè)計(jì)需從整體角度進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。
