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特斯拉起火背后 防范动力电池安全“灰犀牛”

来源:钜大LARGE    2019-05-20    点击量:76

动力电池的安全实现上,从电池企业的角度,应该具体做哪方面的提升,来真正防范这个“灰犀牛”?

在电动汽车全面市场化的征途上,安全始终是一把高悬在顶的“达摩克利斯之剑”。

上海车展还没结束,沉浸在兴奋中的新能源汽车行业就迎来了一个毫无征兆的“黑色星期一”。4月21日晚,上海徐汇区某小区地下车库,一辆ModelS在没有碰撞的情况下发生自燃,从流传出的视频来看,先是冒出大量白烟,进而起火燃烧,并引发了周围车辆的起火燃烧。

整个周一,特斯拉起火视频在朋友圈疯狂传播,正当网友用“又又双叒叕”来感叹其起火的频次之高时,当天下午,西安蔚来授权服务中心一辆正在维修中的ES8发生燃烧,从网上流传的图片显示,该辆ES8损毁非常严重,车架几乎燃烧殆尽。

一天之内,连续两起电动汽车自燃事故,且都是国内外明星级车企的电动汽车产品,这不禁让业内人士为刚刚开启的电动汽车市场“捏了一把冷汗”。

事实上,如果把时间线再往前追溯,会发现,电动汽车起火燃烧的事故案例正在增多,尤其是自2018年以来,在国内外已经频繁发生过多起电动汽车安全事故。

高工锂电不完全统计,2018年,仅国内爆出的电动汽车安全事故就超过40起,这些事故严重危及行业形象和公众对于电动车的信心。

电动汽车在完成了从0到1之后,正在进入大规模市场化的快车道,在这个时间节点,安全问题有可能成为全行业的一个“不定时炸弹”。尤其是当下的行业趋势下,安全风险更大的高镍体系动力电池开始逐步进入配套应用阶段。

中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高在多个公开场合已经反复指出,电动汽车面临的最大风险,就是电池安全性。

事实上,欧阳明高的担心并非“危言耸听”,梳理分析国内电动汽车起火事件,大部分原因都指向了电池环节,具体而言,绝大部分都是由于电池热失控所引发。

所谓的热失控,是指动力电池在工作的时候会发热,当电池温度过高或充电电压过高时,电池内部会产生连锁的化学反应,导致电池内压和温度急剧上升,引发电池热失控并最终导致燃烧。

而如果对于电池热失控的原因再进行追溯,则具体涵盖了过热、过充、内短路、碰撞等多重因素。

通过分析去年以来的起火事故,欧阳明高得出的结论是,动力电池在产品质量上还存在不少明显的问题,这主要体现为三类,第一,电池产品测试验证不足;第二,车辆使用过程中可靠性变化;第三,充电安全管理技术有问题。

如果用产品质量问题可以来解释去年国内的电动汽车安全事故,那么对于特斯拉接连爆出的自燃事故,就不能单一的从质量角度去分析,更多的可能还包括材料体系选择、电芯设计与系统防护等环节来进行追溯与反思。

从动力电池企业的角度来考量,包括欧阳明高在内的多位业内专家和企业技术负责人都向高工锂电强调,一定要从系统着眼,从材料选择与控制、电芯级规格选型与设计、生产制造品质控制、模组及pack级的安全防护、整车验证、使用环节操作等多个层面出发来做更全面的。

在动力电池的安全实现上,从电池企业的角度,应该具体做哪方面的提升,来真正防范这个“灰犀牛”,高工锂电通过与行业专家、产业链上下游企业的深度交流,提出了以下建议:

一是在材料的选择上,核心材料的选择对于最终的电芯产品安全会直接产生影响。

容百科技一位技术负责人向高工锂电介绍,电芯的安全很大程度上取决于核心材料,尤其是对于高镍三元体系而言,正极材料的金属异物含量、残余锂以及PH值,会对电芯的安全性能影响非常大。

高工锂电获悉,事实上,包括宁德时代、三星、远景AESC等国际企业对于正极材料核心关键指标有严格的要求,譬如残留锂需要控制2000ppm以内,PH值11在以内,金属异物在20ppb以内。对此,业内专家的建议是,国内电电池企业要在材料的核心指标控制上,提出明确的要求。

二是在电芯、模组、Pack设计与工艺过程设定上,要做好安全冗余和监控预警。

在设计环节,首先是电芯要确保化学稳定性,要选择稳定的材料,并通过严格评估测试它的稳定性;在模组部分,通过结构来保护电芯免受到冲击。第三个阶段是pack,除了物理上的保护措施,关键是要通过BMS对电芯模组进行故障诊断,监测异常发生,并预测可能出现的问题,从而对问题进行管控。

这其中,多家头部动力电池企业都向高工锂电强调,无论是在电芯、模组还是在pack环节,都要充分考虑FMEA,确保设计留安全余量。

同时在工艺过程的设定上,加入安全工艺设定,排除瑕疵电芯,确保产品一致性;制造严控质量,确保足够覆盖所有FMEA失效模式的监控点,做到产品生产数据的可追溯、可追踪。

此外,在pack及BMS设计上,要有安全预警策略,在电池系统里开发装置安全预警系统,紧急情况下,提前切断电路,避免热失控发生。BMS要起到保护电池的作用,监测到温度急剧上升就要报警,哪怕停车锁车状态。车辆要能够接受到BMS的报警,及时反应(声光报警,通知车主)。

三是在量产前的测试与验证上,要做好充分的验证。

事实上,这也是目前国内动力电池领域目前面临的最大问题,一方面产品换代迅速,另一方面测试验证需要耗时耗力且设计参考经验缺乏,这也是导致近年来事故频发的重要原因。

他山之石,可以攻玉。全国人大代表、远景集团CEO张雷在今年的两会建议中提到,国际传统知名车企的开发流程,测试验证环节相当充分,在产品推出前已经将安全风险控制到最低水平。这些车企也掌握着汽车使用工况的核心参数,在模组和pack层级的测试验证方案也更加充分、合理。和张雷的观点一样,多为业内人士都建议,动力电池企业要借鉴传统车企开发流程和测试环节的经验,并在产品测试环节做好充分的验证。

就在上周上海车展上举行的远景AESC战略发布会上,张雷同样表达了和欧阳明高类似的观点,他认为,安全电池安全是电动汽车行业最大的“灰犀牛”。也是基于对于安全的的考量,远景在切入动力电池领域时,选择了日本企业AESC,一家由日产和NEC合资成立的电池企业,过去12年,这家企业创造了配套43万辆电动汽车,9年行驶积累0严重事故的记录。

四是基于物联科技,实现全生命周期的安全性防护。

电池是有机的化学体系:温度、功率、电压、电流、电量、内阻等等每一个物理量都时时刻刻影响电芯的安全和健康程度。并且受到驾驶员的操作习惯以及驾驶环境的影响。通过实时收集电池包相关数据和驾驶行为以及环境之间的关系,再通过大数据的分析和对比,实现电池健康度的预测和安全管理将是一个可行方案。

通过大数据分析电池性能和安全相关参数与驾驶行为和驾驶环境参数的关系,评估电池的健康程度并且给出量化,可以将电池和整车的健康度用量化的形式实时呈现给驾驶员,一旦有部分部件存在高风险,系统可以提示驾驶员进行更换,或者采取预防措施。同时实时呈现健康度,并且告知驾驶员可以如何调整驾驶方式来提高电池和整车的健康度。从而达到跟驾驶员良性互动,提高整个系统安全的目的。

包括欧阳明高在内的业内人士的一致判断是,安全技术是动力电池的第一核心技术,也是电池技术革命性突破的第一重点,是电动汽车可持续发展的生命线。

面对动力电池安全“灰犀牛”,能否获得更大的突破和进展,将决定了动力电池企业在接下来能够走多远:“高镍时代,安全将始终是车企和电池企业必须时刻警醒的达摩克里斯之剑,从材料-电芯-模组-pack-车,每一个环节的疏忽都可能导致不可挽回的损失。”

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