安全是1 性能是0 電池安全任重如山

自燃、涉水、碰撞爆炸,夏日的高溫多雨讓電動(dòng)車的安全問(wèn)題無(wú)處遁形。

安全是1,性能是0,沒(méi)有了1,再多0也枉然。

一系列觸目驚心的起火、爆炸案例的發(fā)生,不禁讓人發(fā)問(wèn),為什么會(huì)起火?電池沒(méi)有安全標(biāo)準(zhǔn)嗎?如何避免起火?起火了要如何維護(hù)自我權(quán)益。

接下來(lái),我們一起剖析。

為什么會(huì)起火

電動(dòng)汽車的起火,不管是自燃還是碰撞爆炸,都與電池密不可分,電池安全是電動(dòng)車安全的基石,而電芯,電池包,電池控制系統(tǒng)則是影響電池系統(tǒng)安全的的三個(gè)重要部分。

“電池起火最直接的原因是“熱失控”,什么是“熱失控”?

一是當(dāng)電池受到外力破壞時(shí),電池內(nèi)部的活潑堿金屬(如鋰)接觸到氧氣的一剎那會(huì)自燃。當(dāng)一個(gè)電池發(fā)生自燃時(shí),難免會(huì)引發(fā)相鄰的電池?fù)p毀。當(dāng)整個(gè)電池包內(nèi)的壓力得不到釋放,自燃會(huì)發(fā)生爆燃。

二是所有電器最怕短路。當(dāng)電池被外部短路時(shí),正負(fù)極之間瞬間的超大電流也會(huì)引起局部過(guò)熱,從而導(dǎo)致某個(gè)電池單體發(fā)生漏液、爆裂、自燃,并引發(fā)連鎖反應(yīng),導(dǎo)致更多的電池?fù)p毀。

為了防止外部短路,在電池包的設(shè)計(jì)上會(huì)有很多安全設(shè)計(jì),比如熱管理系統(tǒng)、故障判別系統(tǒng)等,但是電池內(nèi)部的短路是不可控的。電池生產(chǎn)廠家的品控和良品率高低,直接影響到電池的質(zhì)量。三元鋰電池如果經(jīng)常用快充模式充電,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用后,電池內(nèi)部的正負(fù)極之間會(huì)化學(xué)生成“鋰枝晶”,這種物質(zhì)從電池內(nèi)部的正負(fù)極兩端同時(shí)向中間生長(zhǎng),漸漸刺穿電池內(nèi)部正負(fù)極之間的絕緣膜,當(dāng)這層膜被損壞后,電池內(nèi)部的正負(fù)極間發(fā)生短路,電流瞬間暴增,從而引起電池的損毀,嚴(yán)重的會(huì)引起爆裂、漏液、自燃。

什么是“鋰枝晶”,它為什么會(huì)導(dǎo)致電池短路?

除了電池的“熱失控”,在bms電池管理系統(tǒng)中,也存在著大量的能量交換和轉(zhuǎn)換,這種能量也是電流。嚴(yán)格來(lái)說(shuō),只要有電流的地方,如果發(fā)生短路那很可能引起電池、電控系統(tǒng)的熱失控。但是相比電池來(lái)說(shuō),bms的熱失控幾乎不會(huì)發(fā)生,在設(shè)計(jì)上,bms內(nèi)部有非常謹(jǐn)慎的邏輯判斷和冗余系統(tǒng),一旦發(fā)覺(jué)系統(tǒng)內(nèi)部有短路產(chǎn)生,bms會(huì)自動(dòng)斷電。

以奔馳eqc的bms系統(tǒng)為例,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)覺(jué)短路發(fā)生時(shí),會(huì)自動(dòng)切斷動(dòng)力電池的高壓電,但會(huì)保留低壓電以便維持車輛的其他功能。當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重的短路時(shí),低壓電也會(huì)被切斷,并且車輛不可重新啟動(dòng),只能等救援。當(dāng)然,這種情況不論是系統(tǒng)內(nèi)部突發(fā)情況,還是碰撞發(fā)生時(shí),這套bms系統(tǒng)都會(huì)執(zhí)行同樣的命令。

綜上所述,“熱失控”的解釋就完全了,熱失控的過(guò)程是不可逆的,一旦發(fā)生必將造成財(cái)產(chǎn)損失,甚至人員的傷害。

那么,有什么辦法能減小“熱失控”帶來(lái)的損失呢?

目前,相比圓柱電池和固態(tài)封裝片狀電池,軟包電池的安全性會(huì)更好。由于是軟性材料封裝,當(dāng)電池發(fā)生“熱失控”時(shí),軟性封裝的外殼允許在一定程度上的膨脹,從而減緩電池的損毀,給車內(nèi)人員留出充足的逃生時(shí)間。但是,注意,這也僅僅是留出更多的逃生時(shí)間,而不是說(shuō)軟包電池不會(huì)發(fā)生“熱失控”。

而對(duì)于硬封裝片狀電池,為了防止一個(gè)電池?zé)崾Э貢r(shí)影響到其他電池,在電池的上端設(shè)計(jì)了一個(gè)“定向爆破”的孔,一旦“熱失控”高溫火花甚至火焰,會(huì)通過(guò)這個(gè)孔向外釋放能量,從而避免整個(gè)電池包的損毀和整車自燃。

我們?cè)谶@里也提出一個(gè)呼吁,對(duì)于電池頻道爆燃的現(xiàn)象,今后能不能強(qiáng)制在電池包中加入自動(dòng)滅火裝置,系統(tǒng)一旦發(fā)現(xiàn)局部溫度過(guò)高,直接啟動(dòng)滅火裝置。

對(duì)于最常見的電池?zé)崾Э?這是一個(gè)快速、自動(dòng)加熱反應(yīng),會(huì)生成大量的電池?zé)?最高可達(dá)500 ~ 700 ℃)、煙霧、粉塵和有毒氣體。電池管理系統(tǒng)(bms)在探測(cè)此類事件中起著關(guān)鍵作用,其在某些情況下可以啟動(dòng)冷卻系統(tǒng)的開關(guān)。但在車禍或火災(zāi)中,bms還是不能夠達(dá)到控制熱失控的作用。

而引起熱失控,造車電池起火的誘因主要有三類:一類是機(jī)械類,比如電池包發(fā)生碰撞;一類是電化學(xué)類,最常見也是最危險(xiǎn)的就是過(guò)充電;還有一類是熱誘因,比如電池溫度過(guò)高。

對(duì)于第一類,碰撞,其實(shí)任何汽車碰撞都會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn),在這一點(diǎn)上,純電動(dòng)車因電池組的結(jié)構(gòu),受到更多的關(guān)注,但是權(quán)威數(shù)據(jù)顯示,目前并沒(méi)有電動(dòng)汽車因?yàn)榕鲎惨l(fā)電池爆炸的案例。

對(duì)于第二類過(guò)充,會(huì)引電池變形,影響電池蓄電質(zhì)量,還會(huì)產(chǎn)生漏液,甚至爆炸。

防過(guò)充保護(hù)一般包括過(guò)充前和過(guò)充后保護(hù),分別起著預(yù)防檢測(cè),和避免自燃等危害。過(guò)充前的飽和可通過(guò)電壓探測(cè)和bms分級(jí)保護(hù),在接近滿電之前逐步降級(jí)進(jìn)行涓流充電,防止過(guò)充的同時(shí),讓電池的電量更加實(shí)在。過(guò)充后的保護(hù)裝置,可采用cid和防爆閥。cid是一個(gè)翻轉(zhuǎn)片,當(dāng)過(guò)充發(fā)生后cid可以通過(guò)鐵片的翻轉(zhuǎn)切斷電流,從而保證安全。防爆閥的作用則是在電池過(guò)充后,將氣體瀉放到更大的空間,從而避免溫度上升,或發(fā)生短路。

第三類,熱誘因,對(duì)于這一類因素,與電池的組裝結(jié)構(gòu)密不可分。

純電動(dòng)汽車的里程焦慮催化了各大主機(jī)廠片面追求純電動(dòng)車“高續(xù)航里程”“高能量密度”,其實(shí),電池安全性能否在追求能效極限的狀態(tài)下得到保障,不僅關(guān)乎新能源電動(dòng)汽車的品質(zhì)高低之分,更是電動(dòng)汽車的存亡之線。

汽車業(yè)內(nèi)專家表示,應(yīng)給主機(jī)廠當(dāng)前研發(fā)新能源車的“瘋狂”加速喊一聲“暫停”,當(dāng)前應(yīng)先高度關(guān)注電動(dòng)汽車在靜置情況下產(chǎn)生的自燃問(wèn)題,提升技術(shù)和安全水平。

安全標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)國(guó)家質(zhì)檢總局發(fā)布的《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求及試驗(yàn)方法》中,明確指出電池的安全合格指標(biāo),其中的驗(yàn)證方式也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們?nèi)粘Ｋ龅降臈l件。

與電池的組成成分相對(duì)應(yīng),電池安全標(biāo)準(zhǔn)也從電芯、電池包、電池控制系統(tǒng)三方面考慮,每一部分的設(shè)計(jì)都有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。比如gb/t31485-2015規(guī)定了動(dòng)力電池單體和模組的安全指標(biāo),gb/t31467.3-2015規(guī)定了電池包的測(cè)試方法。

“理論上按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),是可以保證電池安全的,但現(xiàn)在的難題就在于電動(dòng)車市場(chǎng)的發(fā)展才剛起步,大家的經(jīng)驗(yàn)都不夠豐富,還有很多極端情況、特殊情況可能沒(méi)有遇到,所以安全標(biāo)準(zhǔn)也是要不斷更新完善?！碧飩|表示。

“動(dòng)力電池的安全,是高壓和化學(xué)安全的耦合,這導(dǎo)致高壓的可靠性和化學(xué)安全結(jié)合以后形成比較大的安全隱患,中間包括了化學(xué)安全、高壓安全、機(jī)械安全、功能安全和應(yīng)用安全等多個(gè)層面?！睂幍聲r(shí)代總裁黃世霖也曾在公開場(chǎng)合表示,動(dòng)力電池的安全性是非常復(fù)雜的。當(dāng)前業(yè)內(nèi),包括寧德時(shí)代等的制造商都在動(dòng)力電池產(chǎn)品安全上追求零事故,除了生產(chǎn)和品質(zhì)上的安全監(jiān)控外,還通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)收集使用數(shù)據(jù),來(lái)減少事故。

如何維護(hù)自身權(quán)益

今年的3月14日,國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局發(fā)布《家用汽車產(chǎn)品修理、更換、退貨責(zé)任規(guī)定》(修訂征求意見稿),意見稿將家用電動(dòng)汽車的動(dòng)力總成和主要零件納入汽車“三包”責(zé)任,特別是電池或電機(jī),如果發(fā)生嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題可退換車。也就是說(shuō),電池、電機(jī)如果發(fā)生嚴(yán)重的問(wèn)題,如電池起火等,車主可以要求退換車。

田偉東表示,“電動(dòng)車自燃不管是對(duì)廠家,還是對(duì)新能源行業(yè)發(fā)展都有很大的負(fù)面影響,也需要國(guó)家出臺(tái)相應(yīng)的制度法規(guī)保障消費(fèi)者權(quán)益?！?/p>