國內(nèi)企業(yè)該如何應(yīng)對電池安全隱患？

近日,大眾汽車與韓國電池供應(yīng)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(wěn)定的向大眾汽車供應(yīng)電池產(chǎn)品。大眾汽車認為在電池供應(yīng)過程中,由于使用了新的電池技術(shù),在電池生產(chǎn)、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(shù)領(lǐng)先的鋰電供應(yīng)商,并不能讓大眾對其產(chǎn)品安全性完全放心,尤其是當(dāng)有新技術(shù)應(yīng)用在產(chǎn)品上時。再結(jié)合最近一段時間頻繁的汽車召回事件,不難發(fā)現(xiàn),電池安全仍然是懸掛在全球范圍內(nèi)新能源車企心頭的一把達克摩斯之劍。

而在國內(nèi),由于新能源汽車技術(shù)起步較晚,政策變更頻繁,導(dǎo)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(jù)統(tǒng)計,進入2018年以來,國內(nèi)大大小小電動車起火事故已經(jīng)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(yè)的焦點,下到電動汽車消費者,上到專家學(xué)者、國家部委都發(fā)聲強調(diào)安全性在新能源車中的核心地位。

電池事故無關(guān)技術(shù)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(fā)展應(yīng)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?zé)崾Э剡^程就應(yīng)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(shè)計,各種電池都面臨著危險。

電芯的熱失控過程大致如下:當(dāng)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(dǎo)致高活性鋰碳負極暴露于電解液中發(fā)生劇烈的氧化還原反應(yīng),產(chǎn)生的熱量使電池進入高危狀態(tài)。而當(dāng)電池內(nèi)部局部溫度升高到200℃以上時,正極表面鈍化膜分解正極發(fā)生析氧,并繼續(xù)同電解液發(fā)生劇烈反應(yīng)產(chǎn)生大量的熱量并形成高內(nèi)壓。當(dāng)電池溫度達到240 ℃以上時,還伴隨鋰炭負極同粘結(jié)劑的劇烈放熱反應(yīng)。

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(dǎo)致高活性嵌鋰負極與電解液的劇烈放熱反應(yīng),而正極材料的分解放熱只是熱失控反應(yīng)其中的一個環(huán)節(jié),甚至都不是主要的因素。

因此,所謂磷酸鐵鋰(LFP)因熱穩(wěn)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(jù)去評判磷酸鐵鋰及三元技術(shù)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(shù)路線。而分析分析國內(nèi)電動汽車起火事也不難發(fā)現(xiàn),不論是鐵鋰還是三元,都存在起火燃燒的案例,與其在技術(shù)路線上糾結(jié)不如找到電池安全隱患真正的元兇。

設(shè)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(tǒng)安全隱患的一小部分。站在模組的角度,由于電芯結(jié)構(gòu)、工作方式和環(huán)境等多方面的因素會使得電芯的安全隱患加倍的體現(xiàn)出來,因此動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制系統(tǒng)、生產(chǎn)管控的嚴(yán)密性等等才是更加重要的部分。

前不久,某業(yè)內(nèi)人士在對三輛發(fā)生自燃的電動汽車拆解后分析發(fā)現(xiàn),涉事動力電池供應(yīng)商和車企不重視安全,為了降低成本,對電芯品控不嚴(yán)、BMS設(shè)計要求太低、沒有對動力電池包進行足夠的安全設(shè)計保護。

顯然,設(shè)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(shù)。中國汽車技術(shù)研究中心主任王秉剛在接受采訪時表示,我國電動汽車發(fā)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(xù)充,一直充到電池包鼓包、著火。如此劣質(zhì)的產(chǎn)品也通過了準(zhǔn)入檢測,要么說明準(zhǔn)入時的不嚴(yán)格,要么說明沒有按照要求來生產(chǎn)。

中國電動汽車百人會執(zhí)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(chǎn)品質(zhì)量問題,沒有遵守技術(shù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)驗證周期的偏短等。具體體現(xiàn)在三個方面,一是,電池產(chǎn)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(shù)有問題。

其中,充電安全尤為重要,因為大部分安全事故都發(fā)生在充電時,此時電池與充電系統(tǒng)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(tǒng)是有一個ISO26262的執(zhí)行規(guī)范,但大部分企業(yè)在設(shè)計時并沒有嚴(yán)格執(zhí)行功能安全的規(guī)范。

國內(nèi)該如何面對電池安全隱患的?

歸根結(jié)底,目前的電池安全問題還是出在電池結(jié)構(gòu)設(shè)計以及產(chǎn)品質(zhì)量把控上,而不是所謂的技術(shù)路線,而要把設(shè)計和品控也不是一件容易的事情。尤其是在政策強調(diào)能量密度、市場逼迫成本控制的兩頭擠壓下,企業(yè)很難在兩者兼顧下還能做好質(zhì)量。

對此,歐陽明高的建議是不宜強行推行原有的產(chǎn)業(yè)化計劃(2020年單體達到350瓦時/公斤,系統(tǒng)260瓦時/公斤,循環(huán)壽命2000次),同時,補貼政策要符合技術(shù)發(fā)展的規(guī)律,對能量密度的提升不宜過快、不宜更改過頻。要留給企業(yè)充分的時間,快速提升產(chǎn)品質(zhì)量,消除安全隱患。

中汽協(xié)常務(wù)副會長董揚也表示了類似觀點,他認為,企業(yè)應(yīng)成為電動汽車安全性的第一責(zé)任人,動力電池制造企業(yè)、電動汽車制造企業(yè)、充電運營企業(yè)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(xù)駛里程、充電方便等更重要的位置。此外,各企業(yè)要加強合作,加強數(shù)據(jù)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(yīng)加強管理創(chuàng)新,建立保障電動汽車安全性的制度。一是保持電動汽車準(zhǔn)入和補貼等技術(shù)指標(biāo)的穩(wěn)定性,不要頻繁變動技術(shù)指標(biāo),如果變動技術(shù)指標(biāo),應(yīng)給企業(yè)至少兩年時間開發(fā)、設(shè)計、驗證新產(chǎn)品。二是建立電動汽車安全性管理機制,一旦發(fā)生安全性事故,應(yīng)及時組織專家分析、研究,搞清事故原因,提出可供全行業(yè)吸取教訓(xùn)的技術(shù)建議,嚴(yán)禁企業(yè)瞞報。三是針對電動汽車特點,建立周期性產(chǎn)品安全性檢驗制度。

值得一提的是,設(shè)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(shù)問題,電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展越后期,電池安全就越變成一個瓶頸技術(shù)。比如十分鐘充300公里以上的電的快充技術(shù)會對電池安全帶來挑戰(zhàn),電壓從300V提高到600V甚至800V,這些都與安全相關(guān),也是今后純電動汽車競爭的主戰(zhàn)場。

因此,要解決安全問題,除了在產(chǎn)品質(zhì)量上下功夫,全面提升現(xiàn)有鋰離子動力電池系統(tǒng)安全技術(shù),全力突破新型固態(tài)電池等技術(shù)也是重中之重。