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特斯拉起火背後 防範動力電池安全“灰犀牛”

來源:高工锂電網   發布時間:2019-04-25 09:36      設置字體:大中小
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摘要:在動力電池的安全實現上,從電池企業的角度,應該具體做哪方面的提升,來真正防範這個“灰犀牛”?
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在電動汽車全面市場化的征途上,安全始終是一把高懸在頂的“達摩克利斯之劍”。

上海車展還沒結束,沉浸在興奮中的新能源汽車行業就迎來了一個毫無征兆的“黑色星期一”。421日晚,上海徐彙區某小區地下車庫,一輛ModelS在沒有碰撞的情況下發生自燃,從流傳出的視頻來看,先是冒出大量白煙,進而起火燃燒,並引發了周圍車輛的起火燃燒。(起火視頻:https://v.qq.com/x/page/q0863o0xea5.html)

整個周一,特斯拉起火視頻在朋友圈瘋狂傳播,正當網友用“又又雙叒叕”來感歎其起火的頻次之高時,當天下午,西安蔚來授權服務中心一輛正在維修中的ES8發生燃燒,從網上流傳的圖片顯示,該輛ES8損毀非常嚴重,車架幾乎燃燒殆盡。

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一天之內,連續兩起電動汽車自燃事故,且都是國內外明星級車企的電動汽車産品,這不禁讓業內人士爲剛剛開啓的電動汽車市場“捏了一把冷汗”。

事實上,如果把時間線再往前追溯,會發現,電動汽車起火燃燒的事故案例正在增多,尤其是自2018年以來,在國內外已經頻繁發生過多起電動汽車安全事故。

高工锂電不完全統計,2018年,僅國內爆出的電動汽車安全事故就超過40起,這些事故嚴重危及行業形象和公衆對于電動車的信心。

電動汽車在完成了從01之後,正在進入大規模市場化的快車道,在這個時間節點,安全問題有可能成爲全行業的一個“不定時炸彈”。尤其是當下的行業趨勢下,安全風險更大的高鎳體系動力電池開始逐步進入配套應用階段。

中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高在多個公開場合已經反複指出,電動汽車面臨的最大風險,就是電池安全性。

事實上,歐陽明高的擔心並非“危言聳聽”,梳理分析國內電動汽車起火事件,大部分原因都指向了電池環節,具體而言,絕大部分都是由于電池熱失控所引發。

所謂的熱失控,是指動力電池在工作的時候會發熱,當電池溫度過高或充電電壓過高時,電池內部會産生連鎖的化學反應,導致電池內壓和溫度急劇上升,引發電池熱失控並最終導致燃燒。

而如果對于電池熱失控的原因再進行追溯,則具體涵蓋了過熱、過充、內短路、碰撞等多重因素。

通過分析去年以來的起火事故,歐陽明高得出的結論是,動力電池在産品質量上還存在不少明顯的問題,這主要體現爲三類,第一,電池産品測試驗證不足;第二,車輛使用過程中可靠性變化;第三,充電安全管理技術有問題。

如果用産品質量問題可以來解釋去年國內的電動汽車安全事故,那麽對于特斯拉接連爆出的自燃事故,就不能單一的從質量角度去分析,更多的可能還包括材料體系選擇、電芯設計與系統防護等環節來進行追溯與反思。

從動力電池企業的角度來考量,包括歐陽明高在內的多位業內專家和企業技術負責人都向高工锂電強調,一定要從系統著眼,從材料選擇與控制、電芯級規格選型與設計、生産制造品質控制、模組及pack級的安全防護、整車驗證、使用環節操作等多個層面出發來做更全面的。

在動力電池的安全實現上,從電池企業的角度,應該具體做哪方面的提升,來真正防範這個“灰犀牛”,高工锂電通過與行業專家、産業鏈上下遊企業的深度交流,提出了以下建議:

一是在材料的選擇上,核心材料的選擇對于最終的電芯産品安全會直接産生影響。

容百科技一位技術負責人向高工锂電介紹,電芯的安全很大程度上取決于核心材料,尤其是對于高鎳三元體系而言,正極材料的金屬異物含量、殘余锂以及PH值,會對電芯的安全性能影響非常大。

高工锂電獲悉,事實上,包括甯德時代三星、遠景AESC等國際企業對于正極材料核心關鍵指標有嚴格的要求,譬如殘留锂需要控制2000ppm以內,PH11在以內,金屬異物在20ppb以內。對此,業內專家的建議是,國內電電池企業要在材料的核心指標控制上,提出明確的要求。

二是在電芯、模組、Pack設計與工藝過程設定上,要做好安全冗余和監控預警。

在設計環節,首先是電芯要確保化學穩定性,要選擇穩定的材料,並通過嚴格評估測試它的穩定性;在模組部分,通過結構來保護電芯免受到沖擊。第三個階段是pack,除了物理上的保護措施,關鍵是要通過BMS對電芯模組進行故障診斷,監測異常發生,並預測可能出現的問題,從而對問題進行管控。

這其中,多家頭部動力電池企業都向高工锂電強調,無論是在電芯、模組還是在pack環節,都要充分考慮FMEA,確保設計留安全余量。

同時在工藝過程的設定上,加入安全工藝設定,排除瑕疵電芯,確保産品一致性;制造嚴控質量,確保足夠覆蓋所有FMEA失效模式的監控點,做到産品生産數據的可追溯、可追蹤。

此外,在packBMS設計上,要有安全預警策略,在電池系統裏開發裝置安全預警系統,緊急情況下,提前切斷電路,避免熱失控發生。BMS要起到保護電池的作用,監測到溫度急劇上升就要報警,哪怕停車鎖車狀態。車輛要能夠接受到BMS的報警,及時反應(聲光報警,通知車主)。

三是在量産前的測試與驗證上,要做好充分的驗證。

事實上,這也是目前國內動力電池領域目前面臨的最大問題,一方面産品換代迅速,另一方面測試驗證需要耗時耗力且設計參考經驗缺乏,這也是導致近年來事故頻發的重要原因。

他山之石,可以攻玉。全國人大代表、遠景集團CEO張雷在今年的兩會建議中提到,國際傳統知名車企的開發流程,測試驗證環節相當充分,在産品推出前已經將安全風險控制到最低水平。這些車企也掌握著汽車使用工況的核心參數,在模組和pack層級的測試驗證方案也更加充分、合理。和張雷的觀點一樣,多爲業內人士都建議,動力電池企業要借鑒傳統車企開發流程和測試環節的經驗,並在産品測試環節做好充分的驗證。

就在上周上海車展上舉行的遠景AESC戰略發布會上,張雷同樣表達了和歐陽明高類似的觀點,他認爲,安全電池安全是電動汽車行業最大的“灰犀牛”。也是基于對于安全的的考量,遠景在切入動力電池領域時,選擇了日本企業AESC,一家由日産和NEC合資成立的電池企業,過去12年,這家企業創造了配套43萬輛電動汽車,9年行駛積累0嚴重事故的記錄。

四是基于物聯科技,實現全生命周期的安全性防護。

電池是有機的化學體系:溫度、功率、電壓、電流、電量、內阻等等每一個物理量都時時刻刻影響電芯的安全和健康程度。並且受到駕駛員的操作習慣以及駕駛環境的影響。通過實時收集電池包相關數據和駕駛行爲以及環境之間的關系,再通過大數據的分析和對比,實現電池健康度的預測和安全管理將是一個可行方案。

通過大數據分析電池性能和安全相關參數與駕駛行爲和駕駛環境參數的關系,評估電池的健康程度並且給出量化,可以將電池和整車的健康度用量化的形式實時呈現給駕駛員,一旦有部分部件存在高風險,系統可以提示駕駛員進行更換,或者采取預防措施。同時實時呈現健康度,並且告知駕駛員可以如何調整駕駛方式來提高電池和整車的健康度。從而達到跟駕駛員良性互動,提高整個系統安全的目的。

包括歐陽明高在內的業內人士的一致判斷是,安全技術是動力電池的第一核心技術,也是電池技術革命性突破的第一重點,是電動汽車可持續發展的生命線。

面對動力電池安全“灰犀牛”,能否獲得更大的突破和進展,將決定了動力電池企業在接下來能夠走多遠:“高鎳時代,安全將始終是車企和電池企業必須時刻警醒的達摩克裏斯之劍,從材料-電芯-模組-pack-車,每一個環節的疏忽都可能導致不可挽回的損失。”


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