電池是如何失控的？
時間:2019-09-23 22:02來源:出行一客 作者:陳亮 李皙寅 王斌斌
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6月27日，針對蔚來汽車召回事件，蔚來的電池模組供應商寧德時代發(fā)布聲明稱，此次召回的電池包箱體和寧德時代供應的模組結(jié)構(gòu)產(chǎn)生干涉，在某些極端條件下可能出現(xiàn)低壓采樣線束短路風險，存在安全隱患。該批次模組采用定制化設計，該設計僅使用于此次召回的4803輛ES8產(chǎn)品。
此前蔚來在召回公告中則稱，事故車輛使用的模組內(nèi)的電壓采樣線束存在由于個別走向不當而被模組上蓋板擠壓的可能性。在極端情況下，被擠壓的電壓采樣線束表皮絕緣材料可能發(fā)生磨損，從而造成短路，存在安全隱患。
此次蔚來召回事件是中國電動車發(fā)展史的一個插曲。
在中國，已有200萬位新能源汽車消費者愿意嘗試這一新的能源形式下的交通工具，但他們遲遲得不到權(quán)威部門的著火事件調(diào)查結(jié)果，頻頻爆出的自燃事件勢必會動搖他們的采購和示范信心。
截至發(fā)稿前，尚未有國家權(quán)威部門就2018年至今一系列新能源車起火事件發(fā)布調(diào)查結(jié)果來安定民心。
如果不能明確原因，就無法解決安全問題。對于全球新能源汽車第一消費大國——中國來說，將是一場信心災難：比如大部分車輛停車時都會自覺遠離電動車；比如不少外企在做日常會議前的safety sharing時建議員工遠離正在充電的電動車。
2019年5月，中國新能源汽車產(chǎn)銷分別完成11.2萬輛和10.4萬輛，同比分別增長16.9%和1.8%。相較于2018年百分之幾十的同比增長來說，今年中國新能源車產(chǎn)銷增速放緩。
但作為全球新能源汽車應用的急先鋒，中國仍在提速推廣進程。
2018年11月，中國汽車工程學會發(fā)布《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃八大重點工程實施方案》：計劃到2025年，新能源汽車年銷700萬臺，保有量達2000萬臺，燃料電池汽車推廣5萬臺，混合動力車型市場占比達到20%。
不僅是中國，由于節(jié)能減排政策的政策壓力，全球范圍內(nèi)新能源汽車已經(jīng)大勢所趨。
羅蘭貝格預測：至2020年，全球當年新售車輛中約有15%為新能源汽車；至2030年，新能源汽車銷量將超過傳統(tǒng)燃油汽車，占當年銷量的57%，達5900萬輛/年。
要想在這個保守估計不下于10萬億元產(chǎn)值規(guī)模的市場上達到上述預測銷量，從系統(tǒng)上消除消費者的恐慌是前提。
嚴把質(zhì)量關(guān)
正如中國科學院院士、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高所指出的那樣，新能源汽車起火是產(chǎn)品質(zhì)量問題，不是技術(shù)路線問題。
電動車起火大部分原因在于電池起火，電池起火的原因主要在于電池熱失控。
所謂的熱失控，是指動力電池在工作的時候會發(fā)熱，當電池溫度過高或充電電壓過高時，電池內(nèi)部會產(chǎn)生連鎖的化學反應，導致電池內(nèi)壓和溫度急劇上升，引發(fā)電池熱失控并最終導致燃燒。
電池熱失控的原因有各種各樣的，有可能是電池包本身溫度不均勻，有局部區(qū)域溫度高、外短路、內(nèi)短路等等原因引發(fā)著火。
動力電池科技公司遠景AESC中國研發(fā)負責人林玉春在接受出行一客記者采訪時表示，隔膜設計是影響電池內(nèi)短路發(fā)生的重要因素之一。如果隔膜設計余量不夠或者設計方向不對，會影響隔膜的機械延展性與柔韌性，導致充電過程出現(xiàn)萎縮，繼而正負極相互接觸，造成短路。
同時，在生產(chǎn)工藝中把控不嚴，電芯混入金屬顆粒，這些雜質(zhì)在充放電過程中會導致電極表面差異反應，不斷積累后會刺破隔膜，從而導致短路。
一旦有一顆電芯出現(xiàn)問題，如短路、斷路等，將影響電池組內(nèi)其他電芯，從而造成內(nèi)部出現(xiàn)嚴重問題，最終導致安全問題。
特斯拉這種用串聯(lián)電路的電動車尤為危險。軟銀中國投資的臺灣固態(tài)電池生產(chǎn)企業(yè)輝能科技股份有限公司行銷經(jīng)理許容禎告訴出行一客記者，特斯拉擁有4416顆鋰電池，只要一個環(huán)節(jié)做的不好，就會發(fā)生連鎖反應。
BMS技術(shù)需提高
除電池廠和充電企業(yè)努力外，整車廠其實需要承擔的責任并不輕。因為電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，下稱BMS）是電動汽車整體架構(gòu)中的重要要素，而這些目前都由整車廠來負責設計。
BMS是處于動力電池系統(tǒng)的核心位置，是電池保護和管理的核心部件。BMS不僅要保證電池安全可靠地使用，更要控制電池組的充放電，并在整車控制器上報動力電池系統(tǒng)的基本參數(shù)和故障信息，可謂是電池、整車控制器和駕駛者之間的橋梁。
一家大型鋰電廠中層對出行一客記者表示，熱管理系統(tǒng)在BMS中較為重要。熱管理系統(tǒng)的基本工作原理是通過冷卻或者加熱的方式使電池包的溫度維持在一定的溫度范圍從而保證電芯的性能發(fā)揮及壽命。
熱管理系統(tǒng)主要分為三類：加熱系統(tǒng)，風冷系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)，不同的設計方案的工作原理不同，但都存在引發(fā)電池包熱失控的可能性。
首先，對于水冷系統(tǒng)，它是通過液體對流交換，帶走熱量降低電芯溫度的一種熱管理方式，但是水冷板通常位于電池包的底部，安置于車輛的底盤，車輛長期運行過程中對水冷板的異常撞擊，底部刮蹭，或者水冷設計結(jié)構(gòu)長期可靠性失效，可能使其發(fā)生冷卻液泄漏，進而導致電池包絕緣失效引起整車熱失控。
第二，風冷系統(tǒng)，它是以空氣為為介質(zhì)，利用熱對流降低電芯溫度的一種熱管理方式，但風冷設計會提高電池系統(tǒng)的密封設計難度，車輛長期運行過程密封結(jié)構(gòu)失效，使其存在陰雨天行駛進水從而絕緣失效導致熱失控的風險。
最后，對于主要應用在寒冷地區(qū)的電動汽車會使用加熱系統(tǒng)，其原理是利用加熱膜來對電池包加熱，使其維持在合理的工作溫度范圍內(nèi)，保證電芯性能發(fā)揮。加熱膜的發(fā)熱功率設計或者裝配方案設計不合理，又或者其長期可靠性失效，也可能會導致電池包絕緣失效，進而引發(fā)熱失控事件。
上述鋰電廠中層表示，熱管理這些問題目前已經(jīng)有技術(shù)解決方案，并且能否有效解決這些問題是體現(xiàn)各廠家技術(shù)先進性的一個指標。
高能量密度下的風險
為了解決電動車續(xù)航里程問題，提高動力電池能量比是發(fā)展的必由之路。要想提高能量比，就要調(diào)整鋰電池相關(guān)材料配比。
目前乘用車的動力電池大部分采用三元體系，即正極材料使用鎳鈷錳酸鋰或者鎳鈷鋁酸鋰的鋰電池。我國三元動力電池采用的鎳鈷錳酸鋰。
根據(jù)鎳鈷錳三元素的不同配比，又分為111型、532型、622型和811型。隨著鎳的比例不斷提高，動力電池的能量比也會增加，這也就意味著汽車的續(xù)航里程將相應增加。
對于鋰電池來說，安全、壽命、成本、能量密度這四者處于一種動態(tài)平衡的狀態(tài)。如果能量密度提高，那么其他三者必然會出現(xiàn)一些問題。
深圳市比克電池有限公司企管中心副總裁李鳳梅在接受出行一客記者采訪時表示，鎳比例越高，整個正極材料的熱穩(wěn)定性就越差。遇到高溫、外力沖擊等情況，高鎳電池會存在安全隱患。高鎳電池充電時產(chǎn)氣會導致電池鼓脹也是一大問題。
同時，811型電池一旦出現(xiàn)熱失控問題，后果也較為嚴重。以往磷酸鐵鋰電池熱失控，僅會出現(xiàn)冒煙情況；532型三元鋰電池熱失控會出現(xiàn)燃燒情況。一旦811型三元電池熱失控，很可能會出現(xiàn)爆燃。
追求高能量密度是發(fā)展的必然，但歐陽明高提醒出行一客記者，電動汽車高比能量動力電池的發(fā)展，安全永遠是第一位的。
系統(tǒng)預警機制需建立
對于電動車安全來說，這不是一兩家企業(yè)，或者一兩個環(huán)節(jié)企業(yè)所需做的事。這是上至監(jiān)管層，下至全產(chǎn)業(yè)鏈各個企業(yè)必須牢牢緊繃的弦。
多起安全事件引起了工信部的注意。5月10日，工信部副部長辛國斌在相關(guān)會議上指出，安全是事關(guān)新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的第一要務。近期，新能源汽車安全事故呈現(xiàn)多發(fā)態(tài)勢，全行業(yè)必須高度重視，采取有效措施，消除安全隱患，加快建立全面的安全保障體系，提升新能源汽車安全水平。
優(yōu)先一點就是產(chǎn)品要過關(guān)。在以往的事故中，電動車產(chǎn)品或多或少存在問題。如電池產(chǎn)品測試驗證不足，車輛使用過程中可靠性惡化，充電安全管理技術(shù)水平低下等。
李宏慶建議，在人身安全方面，漏電保護和絕緣檢測等功能和標準要求，國標和歐標美標還有差距，建議適當提升標準，包括設備生產(chǎn)制造和檢驗檢測標準等
與此同時，《電動汽車安全要求》、《電動汽車用鋰離子動力蓄電池安全要求》、《電動客車安全要求》3項強制性國家標準在今年年初進入征求意見階段。
其中最為引人注意的是，相關(guān)強制性國家標準中首次提出逃生時間概念。根據(jù)規(guī)定，電池包或系統(tǒng)在由于單個電池熱失控引起熱擴散、進而導致乘員艙發(fā)生危險之前5分鐘，應提供一個熱事件報警信號（服務于整車熱事件報警，提醒乘員疏散）。
一旦有了報警信號，車內(nèi)人員就有了足夠的逃生時間，從而可以將人身安全風險降到最低。
發(fā)生危險報警只是最無奈的一種選擇，如何將危險扼殺于襁褓之中才是上上之策。在復雜的工況下日積月累地使用，電動車電池難免會出現(xiàn)問題，如何主動監(jiān)測電動車安全急需提上議事日程。
目前電動汽車與燃油車所用的檢測體系相同，在全球范圍內(nèi)缺乏針對電動汽車的全生命周期檢測。這就使得電動汽車是長時間使用后，如出現(xiàn)一些微小的問題不能被及時發(fā)現(xiàn)。千里之堤毀于蟻穴，日積月累之后，總有一天會爆發(fā)出安全問題。
有多家鋰電廠中層呼吁，應建立新能源汽車標準化檢測制度，要求新能源汽車進行專業(yè)地標準化檢測。
不同于燃油車，新能源汽車年檢應針對高壓電氣、動力電池等特點建立相適應的安全檢查制度。新能源年檢制度的建立可保證新能源汽車的使用安全，一定程度上避免安全事故的發(fā)生。
當前市場已有很多車輛超過設計壽命要求繼續(xù)在使用，使用到后期會存在安全風險，因此建議針對運行時間或行駛里程超過產(chǎn)品設計要求的車輛制定強制報廢標準。
此外，因整車廠對電池的特性理解不深，也并未對后臺監(jiān)控數(shù)據(jù)進行有效的分析，導致很多故障原本可以通過對歷史數(shù)據(jù)分析以實現(xiàn)提前預警，因此建議整車廠將數(shù)據(jù)共享給有能量的電池企業(yè)來實現(xiàn)預警，以降低市場風險。
在以上措施之外，日產(chǎn)汽車認為無論車輛采用何種驅(qū)動系統(tǒng)，任何在道路上行駛的車輛都需要進行恰當?shù)谋ｐB(yǎng)與維護，這非常重要。
按時維修保養(yǎng)、定期報廢或更換電池等方式，會徹底消除車輛老化帶來的安全隱患。
林玉春表示，應該開發(fā)一些標準的主動檢測手段。例如對電芯進行主動式的脈沖電流或者電壓測試，通過編制一些算法來檢測SOS（State of Safety, 蓄電池安全狀態(tài)）、SOC（State of Charge，蓄電池容量）和SOH（State of Health，健康度、性能狀態(tài)）。
然而檢測制度建立并非易事，這不僅涉及到鋰電廠、整車廠、充電企業(yè)等多個環(huán)節(jié)，還需要多部門協(xié)調(diào)，如國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局、公安部、工信部等多部委。參與者過多，導致事中管理尤為困難。
也有新能源汽車企業(yè)高管向出行一客記者表示，不要過度監(jiān)管，不是多加一道國家檢測，就萬事大吉了。還是要通過市場手段來解決問題。
一家大型鋰電廠高管表示，目前最為可行的辦法就是與保險公司合作，共同建立相關(guān)標準。
平安產(chǎn)險副總經(jīng)理朱友剛告訴出行一客記者，目前《機動車綜合商業(yè)保險條款（2014版）》已經(jīng)基本能覆蓋電動車的現(xiàn)有風險，只是個別條款可能不適用。
“隨著下一步電動車保有量的不斷增加和風險的逐步暴露，肯定需要為其開發(fā)專門的保險產(chǎn)品。平安產(chǎn)險會在車電分離保險、電池自燃保險、電池容量保障保險等多方面進行產(chǎn)品創(chuàng)新。”朱友剛說。
如果能對電動車進行專門的檢測，并將數(shù)據(jù)提供給保險公司，對于保險公司在輔助判定車輛故障、控制道德風險、提升理賠時效等方面，都有著巨大的幫助。
除了檢測外，大數(shù)據(jù)共享也是另一個好方法。在車輛使用過程中，整車企業(yè)掌握了大量的電池安全數(shù)據(jù)，然而這些數(shù)據(jù)并沒有共享給上游企業(yè)。
目前電池廠、整車企業(yè)、充電企業(yè)都是各自為戰(zhàn)，相互掌握著關(guān)鍵數(shù)據(jù)。特來電表示，國家部委和權(quán)威協(xié)會的支持協(xié)助會促進三方更快的打通。目前特來電已經(jīng)與多家電池企業(yè)和整車廠簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議，打通了相關(guān)的充電安全數(shù)據(jù)。
但是，這僅僅是少數(shù)企業(yè)的行為。上述新能源企業(yè)高管表示，車企會與電池企業(yè)進行團隊數(shù)據(jù)探討，但沒有形成一個平臺來定期交換數(shù)據(jù)。因為這些數(shù)據(jù)涉及商業(yè)機密和隱私。
可見，打通車輛、充電設施、電池之間的數(shù)據(jù)渠道尤為關(guān)鍵。但是如無國家部委或權(quán)威協(xié)會的介入，三方之間的籬笆將永遠無法完全打破。
市場的問題當然需要市場來解決。但面對系統(tǒng)性問題來說，如何打破各方利益壁壘，形成全行業(yè)的標準化機制，這就需要政府與市場主體共同協(xié)調(diào)。
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