从全产业链和全寿命周期解决动力电池安全问题

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“烧包烧车不烧人,烧包不烧车,不烧包。”多么通俗的语言。实际上这并不是什么人在说段子,而是从事动力电池系统安全性能技术开发的北京科易动力科技有限公司总经理田硕近日在“2017国际电动汽车动力电池产业发展与技术创新峰会”上发表主题演讲说道。

田硕所说的三种“烧包”情形实际上就是动力电池包安全控制的三级目标,即初级目标对应第一句话“烧包烧车不烧人”,也就是不能防止电池包起火,但不能造成人员伤亡;第二句“烧包不烧车”是中间目标,即不能防止电池包起火,但不引燃车辆;第三句“不烧包”则是终极目标,即在任何情况下电池包都不起火。

为了能够达到与燃油车相抗衡的水平,新能源汽车在低成本、轻量化、长续航、可快充、高功率等的要求下,动力电池安全所遇到的挑战越来越大,由此引发的安全问题也愈加突出。

从近几年的发展情况看,新能源汽车的安全问题主要以火灾的形式在公众间传播并广为知晓。数据显示:2016年国内新能源汽车发生火灾共计29起,与当年底40万辆的保有量相比,推算出的相关比率约为50PPM。如果按照这一比率,推算到2020年新能源汽车保有量达到500万辆时,火灾事故相当于250次。从已发生的各个火灾事故后果看,在这种频次下难免重大伤亡事故,后果将不堪设想。

通常而言,动力电池的热失控是由副反应引发的链式反应,其发热量可使电池温度迅速升高到400-1000摄氏度。从动力电池的热失控模式看,主要由热诱因、电诱因、机械诱因等造成,其个体成因有可能是过热、过充、内短路、机械触发等几个方面。因此,从机、电、热多种因素单独或耦合诱发来寻找热失控原因,在安全策略层级上从电芯、电池包、整车防护、BMS管理多方位控制,是防止热失控、热扩散、预防火灾发生的工程化解决思路。当然,不同种类的动力电池其热失控反应机制不一样,需要根据其特性进行相应的细化控制措施。

会上,来自腾势新能源汽车有限公司的研发部副总裁艾凤杰介绍,腾势动力电池的安全防控首先来自于安全设计,即在整车设计时即要考虑与动力电池相关的化学安全、结构安全、电安全、功能性安全等几个方面。在此基础上,要进行电芯冲击、电芯挤压、模组柱压、模组平压、平压、针刺、模组正向冲击、系统正向冲击、系统侧向冲击,以及火烧等各类试验,以达到最高的安全标准。

世界著名动力电池厂商松下则从材料安全性、电池设计、电池管理三个大方面来进行过热热失控的抑制。松下电器机电(中国)有限公司汽车电子系统SE部部长吴杰解释,动力电池一定要进行热管理设计,松下的防范思路是根据锂离子电池的链式反应机制选择新材料以阻断热失控链式反应。在具体措施上,包括正负极的掺杂与包覆、加入电解液阻燃添加剂,以及采用聚合物与固态电解液等。

与上述比较常见的思路与方式不同,本次会议中有些公司还提出了自己研发出的独特解决方案。如北京科易提出了自己独创的一招——“防火墙”技术,即在整个动力电池系统中加入一个防火墙技术模块,其思路是切断着火电芯的传播,最多只允许让一个电芯起火。通过防火墙技术,使着火电芯相邻电芯的表面温度不超过120摄氏度,也就是达不到行业所公认的T1第一起火温度点,从而实现热阻断,建立起最后一道安全防线。

从更前瞻技术的角度考虑,比起现有的液态锂离子电池来,固态电池是一个很好的安全载体。多年从事研究固态动力电池的中国工程院院士陈立泉即提出,固态电池由于不含液体电解质,具有不着火的特性,可极大地改善动力电池的安全性。

实际上,动力电池的安全并不仅仅是以上提到的几个人在讲,参加本次会议的几乎每一位演讲嘉宾,即使在讲述各自不同的其他主题时,也都在其文稿中穿插着有关安全的话题,可见动力电池安全已经成为新能源汽车产业链上各相关企业都在思考而且不得不思考的问题。

正如国家新能源汽车创新工程项目专家组组长王秉刚所说,安全是设计和制造出来的,不是靠监管管出来的。因此,各动力电池相关企业一定要从安全设计开始,从材料到结构到整体,最后到与整车的匹配和使用中的维护,从全产业链和全寿命周期考虑和解决动力电池的安全问题。

来源:第一电动网

作者:汽车集思录

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