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理性看待电动汽车事故 动力电池安全性浅析

2019 年 04 月 24 日 00 : 00 原创 编辑:周凯 来源:EV知道
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[ EV知道 实验室 ]这两天新能源汽车行业可以说是遭遇了重大的打击。接连两起电动汽车自燃事故,特别是可算是电动汽车领军者特斯拉的静置状态下于地下车库爆燃导致多车严重损害的重大事故,无疑为飞速发展中的电动汽车行业泼下了一大瓢冷水。

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这里我们单单看看事故严重程度、财产损失、关注度都更高的这次特斯拉事故。由于事故还在调查之中,具体情况仍有待最终确认。但很多行业内人士根据目前了解到的情况初步推测,很可能是由于其电池单体内部短路导致热失控而引发的大规模爆燃。

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特斯拉今年来随着保有量的逐步增加,电池事故数量也逐渐的增多,其之前一直引以为傲的圆柱形电池也越发的站在了风口浪尖之上。关于圆柱电池到底适不适合用于车载动力电池的?#33268;?#20063;为各界所关注。

一、特斯拉的无奈选择

目前,汽车动力电池在封装形式上大体分为软包、?#37096;?#20004;种,而?#37096;?#21448;分为圆柱?#22836;?#24418;,所以软包一般与圆柱、方形并称。它们凭借各自的特点,都拥有各自的支持者。

国内新能源汽车以软包与方形电池为主,圆柱电池则因为特斯拉的使用而更为大众所知。

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说起来,业界一般认为当初在开发Roadster和Model S的时候,特斯拉的唯一选择就是从市场上去购买电池,自行开发电池系?#22330;?#32780;当时来说市场上最为成熟稳定的电池就是其选择的松下18650圆柱电池,而当时的软包、方形电池都存在着一定的品控不稳定问题。相较于?#24230;?#22823;量的人力物力与电池供应商一起去改善电池的生产工艺,特斯拉认为设计好一套近万节电池的管理系统更容易、更迅速。然而数千个电池单体,无论是单体的一致性,?#25925;?#28909;安全方面要做到的单体隔离?#22836;?#25252;难度,都是一件令人头疼的问题。

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随着自身的这套电池管理系统运用?#25509;?#36234;熟练和大规模采购带来的规模效益,特斯拉即便意识到了圆柱电池的问题也是一时之间颇有积重难返的困扰。然而在这种情况下,“特斯拉与松下分歧增大、特斯拉另寻供应商、特斯拉欲转?#24230;?#21253;阵营”的新闻扔屡见不鲜,甚?#20004;?#26399;有业内人士说到“特斯拉正在研究前途汽车的电池单体与标准箱”。虽然这都是?#27425;?#32463;官方证实的小道消息,但其中所蕴含的意味,俗语说的好“空穴来风必有因”啊。

回头看,随着国内新能源汽车的高速发展,国内电池制造技术在?#30475;?#38656;求的刺激下也得到了巨大发展。特别是在软包电池方面,随着工艺的成熟,单体的能量密度与一致性得到了飞跃式的提升。这种情况下由于软包电池自身的包?#23433;?#26009;和结构所拥有一系列优势:重量轻、内阻小、循环性能好、设计灵活逐渐显现了出来。

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当然,方壳电池也有其优势,特别?#27973;?#32452;便捷、最终成组效率上其实与软包电池也相差不大。所以在新能源汽车行业也不乏支持者。

二、电池热失控

特斯拉的这次自然事故,目前来看很大可能是因为负极锂枝晶过度生长,顶刺到了电池隔膜且逼近了隔膜强度的临界点。最终在电池静置?#20063;?#26410;充放电的情况下刺穿了隔膜,导致了电池内部短路,最终引发了电池内部热失控。

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为什么锂电池这东西为什么这么爱爆炸?

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从锂电池原理上看,锂离子电池充电?#20445;?#27491;极的锂原子会丧失电子,氧化为锂离子。锂离子经由电解液游到负极去,进入负极的层状结构里,并获得一个电子,还原为锂原子。放电?#20445;?#25972;个程序?#26500;?#26469;(这就是摇椅电池的得名由来)。为了防止电池的正负极直接碰触而短路,电池内会再?#30001;?#19968;种拥有众多细孔的隔膜来防止短路。好的隔膜还可以在电池温度过高?#20445;?#33258;动关闭细孔,让锂离?#28216;?#27861;穿越,以自废武功,防止危险发生。

大家发现了问题没有,锂电池内部之所以可以不短路其实完全倚仗着隔膜。而这个隔膜的厚度仅仅几十微米,一旦隔膜破裂导致电池内部短路,也就最终导致了“热失控”。

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那么除了生产?#26041;?#36896;成的质量缺陷,导致电池隔膜破损的主要因素就是电池遭遇过充或电流过大时内部产生的锂枝晶,锂枝晶的过度生长最终刺穿隔膜导致电池内部短路。一旦电池内到处都在发生微短路,电池温度会逐渐升高,最后高温将电解液气体。当这种情形发生?#20445;?#29190;炸基本已经不可避免,因为现在的技术与日常使用现状是无法对电池内部进行迅速精确的降温处理的!

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电流过大,负极不能接纳更多的锂离子导致形成枝晶,刺穿隔膜造成短路。这也是为什么如今的锂电池应用中要严格控制电池的充放电倍率的关键性因素。

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而过充造成的爆炸,就更为常见的。电池过充后材料结构坍塌,极片?#31995;?#22788;都是针状锂金属结晶,刺穿点到处都是!更严重的过充引发内部短路造成的这种爆炸,并不一定发生在充电的当时。还有这样一种情况,也就是我们推测的此处特斯拉事故的原因,电池温度还未高到让材料燃烧、产生的气体也未足以撑破电池外壳?#20445;?#25105;们就终止充电。这时众多的微短路所产生的热,慢慢的将电池温度提高,经过一段时间后,才发生爆炸。这也是我们目前很难精确预报电池起火的原因之一。

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特斯拉所为之骄傲的超级快充恰恰构成了催发锂枝晶生长的助力,特别是基于特斯拉良好的快充体验以及早期车辆的免费快充政策,其车主往往偏向于长期选择超级快充模式。而本次以及大多数特斯拉的电池事故也是老车居多,这里电池老化的积累自然是主因,但长期快充很可能也起到了推动的作用。可以这么说,快充在带来便利的同?#20445;?#20063;带来了更大的安全隐患。

要知道即便我们在预设条件下的安全预防已经做的?#27973;?#22909;,但面对新能源汽车已经颇为巨大的保有量和?#23548;适?#29992;中的面对极端情况,各?#20013;?#27010;率事件的发生也是不可避免的。而随着车载电池容量的增大,一旦发生了事故,如何保障乘客安全、如何保证环境安全都是需要各相关行业研究的问题。

三、如何降低电池安全隐患

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就国内来说,前面提?#25509;写?#35328;特斯拉有意模仿的对象,前途汽车旗下的动力电池配套企业华特动力就采用了颇具特色的质量管理体系,?#19994;?#21040;了众多行业专?#19994;?#35748;可。

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对于华特电动这种严格到甚至“干涉供应商内政”的全程质量管控方式,中国汽车工程学会名誉理事长付于武称赞为“第一次听说这种管控方式,但是这种管控思想?#27973;?#31995;统,?#20197;?#21516;这种做法。”而国家863电动车重大专项动力电池测试?#34892;脑?#20027;任王子冬更是曾直言“前途汽车是现在中国电动车行业中,电池设计思路最安全的,没有之一。”

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一般来说电池包的生产厂家只需要在供应商在把电芯发来之后,对收到的电芯进行质量管理?#22270;?#27979;即可,但华特电动为了尽可能保证电池单体的“一致性?#20445;?#23545;供应商电芯生产过程遵循严格的监控机制。生产期间,前途汽车工作人员到卡耐驻场监控,严格把关电芯质量。由于电芯的原材料不同批次间不可避免的存在细微差异,因此华特要求卡耐供货的每一批电芯,都必须采用同一批原材料。

对于电池安全既要从源头上预防,也要做好应对事故发生的准备。

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图片来源:汽车电?#30001;?#35745;-朱玉龙

从电池安全这次特斯拉的事故中,在电池被动安全措施上其实也是有亮点可寻的,那就是其电池总成的安全泄压设计。从事故视频中我们可以清晰的看到,在电池内部热失控已经不可避免并迅速大面积扩散?#20445;?#22823;?#31185;?#20307;被?#22836;?#20986;来充斥在电池包内,电池总成内部压力?#26412;?#21319;高。这时电池总成两侧的泄压?#20934;?#26102;打开,迅速排气降压避免了更大规模的爆炸的发生。虽然?#22836;?#27668;体的燃烧引发了周边车辆起火,但毕竟避免了更严重事故的发生,?#25925;?#24212;该给予肯定的。

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而该事故随后的大火和有毒气体在封闭空间的聚集,则恰恰?#20174;?#20986;了我们当前飞速发展的电动汽车与滞后的消?#26469;?#26045;之间的矛盾。而事故后续的赔偿问题,则又是在督促我们要加快?#35270;?#30005;动汽车新特点的财产保障措施的跟进速度。

总结:

那么电动汽车真的就一定会出现严重事?#20107;穡?#36817;期美国汽车制造商联盟提供给EVS-GTR的数据里,截止2018年底美国电动汽车保有量激增达到120万辆左?#19994;?#24773;况下,电动汽车起火事故的概?#24335;?#20026;36PPM(36台/百万辆)。

对于新能源汽车领域、特别是动力电池存在安全性问题,我们不能回避,但同样也不能逃避。而媒体要对动力电池安全问题深入研究、准确报道,切不可断章取义、人与人云。新能源战略是关系到未来我国能源安全、关系到我们全体中国人发展权的重大问题,一定要全力的推动下去。

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