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如何保证动力电池系统的安全性?

钜大LARGE  |  点击量:1503次  |  2019年12月18日  

近日,中国动力电池创新联盟副秘书长、中国电动汽车充电基础设施充电联盟副秘书长王子冬在首届中国国际电动汽车安全技术创新大会上对电动汽车安全性问题进行了多维度剖析。他认为,动力电池在材料上没有明显技术突破前,比能量发展到一定水平后,就很难再有进一步的突破。与此同时,在安全性方面的负面影响却越来越大。在没有掌握锂电池起火规律之前,把控能量密度与安全性和长寿命的平衡关系是不能忽视的问题。

在锂电池众多的技术路线中,磷酸铁锂与三元的对决最为胶着。


磷酸铁锂安全性高、寿命长,但是能量密度不如三元高,但可以通过提高电池容量加以弥补,低温性能差,主要是在小容量电池上低温性能低,材料一致性也差。


三元电池能量密度高,一致性好,低温性能好,但是安全性略差,循环寿命远不如磷酸铁锂电池


当前,在中国磷酸铁锂电池具有最成熟的产业链,我们对相关领域掌握的核心技术也比较多,而三元电池则以日韩为代表,相对更成熟一些。王子冬认为,这种技术路线的对决,更有一种中国vs日韩的意味。


如果单从动力电池本身的性能来评价,他列举了10个维度:1.电池组的安全性、2.电池组的能量密度(而非单体)、3.电池组的循环寿命、4.电池组的成本、5.充电倍率、6.电池单体一致性、7.低温性能、8.成组利用率、9.回收再利用的方便性、10.正负极材料可回收修复再利用。


动力电池的安全性


我国动力电池行业经过十年积累,已经有了非常大的提升,特别是对动力电池的理解和认识方面,应对当下的电动汽车使用,应该说是能够胜任的。


现在的动力电池在材料上,如果没有明显技术突破前,比能量发展到一定水平之后,就很难再有进一步的突破,与此同时,在安全性方面的负面影响却越来越大。许多人曾经问我,燃油车还经常起火呢,且比电动汽车多,为什么对电动汽车要求这么高呢?王子冬表示,这里有一个概念需要说清:燃油车的着火是能够找到规律的,与许多已知因素有关,关键一点是燃油车的易燃物是燃油,是被密封在一个与外界隔绝的环境里,与氧气(助燃剂)和火源分开,这种隔绝条件一旦被打破(如管路老化漏油遇到发动机高温),就会出现事故。


而动力电池系统的易燃物是电解液,它与助燃剂氧气(正极材料遇到高温时会分解生产氧气)和火源(内短路、过充都会产生高温)被密封在同一个容器环境里,因此它的安全不确定性也就显得尤为突出。


1、如何认识动力电池?


动力电池出生前就需要事先考虑好:电池模块和电池组(系统)的可组装性设计、可安装性设计、可维护性设计、可调整性设计、回收可方便拆解性设计等。


这些性能的设计非常重要,不能把电池都造出来灾区解决这些性能问题,锂电池生来就是爆脾气,为什么锂电池会变身定时炸弹?


锂离子电池主要由六部分组成,分别是正极、铝箔、负极、铜箔、隔膜、电解液。


2、如何保证动力电池系统的安全性?


电池系统的安全必须由电芯来解决,电芯要保证安全,就必须采用更稳定的材料,更安全的设计。


王子冬表示,现在是刻意放低电芯的安全要求,降本、提高能量密度,在做热失控传播实验时就很难通过,评估整车的安全性还是应该在源头上的基本安全要求要把握好,在电芯层面的安全性上,选用更厚的隔膜,在电芯提高能量密度的设计上不应该通过减薄隔膜厚度实现。


电池组充电时的安全管理是关键!由于动力锂电池成组使用最关键也是最核心的问题:一是安全、二是寿命,特别是在快速充电时,电池组内电池的差异加大,如何解决电池组的使用寿命,面临巨大挑战。


3、快速充电技术对动力电池要求很高


关于充电速度问题,大家都希望能够实现快速充电,当前的高能量型动力电池充电速度可在约40-60分钟内补充80%的能量,对于城市内通勤交通工具,并不构成电动汽车真正的使用障碍,但是对于希望用电动车解决城市之间的交通问题恐怕就有些问题了。


从快充到超快充(200-400kW),实现10分钟内补充90%的能量,将有效缩短电动汽车与内燃机汽车之间的差距。


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