'電動汽車起火頻發 動力電池安全任重如山'

電動汽車 設計 能源 車禍 家用電器 全國能源信息平臺 2019-08-18
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導語

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理論上按照國家標準,是可以保證電池安全的,但現在的難題就在於電動車市場的發展才剛起步,大家的經驗都不夠豐富,還有很多極端情況、特殊情況可能沒有遇到,所以安全標準也是要不斷更新完善。

自燃、涉水、碰撞爆炸,夏日的高溫多雨讓電動車的安全問題無處遁形。

安全是1,性能是0,沒有了1,再多0也枉然。

一系列觸目驚心的起火、爆炸案例的發生,不禁讓人發問,為什麼會起火?電池沒有安全標準嗎?如何避免起火?起火了要如何維護自我權益。

接下來,我們一起剖析。

為什麼會起火

電動汽車的起火,不管是自燃還是碰撞爆炸,都與電池密不可分,電池安全是電動車安全的基石,而電芯、電池包、電池控制系統則是影響電池系統安全的的三個重要部分。

“電池起火最直接的原因是“熱失控”,什麼是“熱失控”?

一是當電池受到外力破壞時,電池內部的活潑鹼金屬(如鋰)接觸到氧氣的一剎那會自燃。當一個電池發生自燃時,難免會引發相鄰的電池損毀。當整個電池包內的壓力得不到釋放,自燃會發生爆燃。

二是所有電器最怕短路。當電池被外部短路時,正負極之間瞬間的超大電流也會引起局部過熱,從而導致某個電池單體發生漏液、爆裂、自燃,並引發連鎖反應,導致更多的電池損毀。

為了防止外部短路,在電池包的設計上會有很多安全設計,比如熱管理系統、故障判別系統等,但是電池內部的短路是不可控的。電池生產廠家的品控和良品率高低,直接影響到電池的質量。三元鋰電池如果經常用快充模式充電,經過長期的使用後,電池內部的正負極之間會化學生成“鋰枝晶”,這種物質從電池內部的正負極兩端同時向中間生長,漸漸刺穿電池內部正負極之間的絕緣膜,當這層膜被損壞後,電池內部的正負極間發生短路,電流瞬間暴增,從而引起電池的損毀,嚴重的會引起爆裂、漏液、自燃。

除了電池的“熱失控”,在BMS電池管理系統中,也存在著大量的能量交換和轉換,這種能量也是電流。嚴格來說,只要有電流的地方,如果發生短路那很可能引起電池、電控系統的熱失控。但是相比電池來說,BMS的熱失控幾乎不會發生,在設計上,BMS內部有非常謹慎的邏輯判斷和冗餘系統,一旦發覺系統內部有短路產生,BMS會自動斷電。

以奔馳EQC的BMS系統為例,當系統發覺短路發生時,會自動切斷動力電池的高壓電,但會保留低壓電以便維持車輛的其他功能。當發生嚴重的短路時,低壓電也會被切斷,並且車輛不可重新啟動,只能等救援。當然,這種情況不論是系統內部突發情況,還是碰撞發生時,這套BMS系統都會執行同樣的命令。

綜上所述,“熱失控”的解釋就完全了,熱失控的過程是不可逆的,一旦發生必將造成財產損失,甚至人員的傷害。

那麼,有什麼辦法能減小“熱失控”帶來的損失呢?

目前,相比圓柱電池和固態封裝片狀電池,軟包電池的安全性會更好。由於是軟性材料封裝,當電池發生“熱失控”時,軟性封裝的外殼允許在一定程度上的膨脹,從而減緩電池的損毀,給車內人員留出充足的逃生時間。但是,注意,這也僅僅是留出更多的逃生時間,而不是說軟包電池不會發生“熱失控”。

而對於硬封裝片狀電池,為了防止一個電池熱失控時影響到其他電池,在電池的上端設計了一個“定向爆破”的孔,一旦“熱失控”高溫火花甚至火焰,會通過這個孔向外釋放能量,從而避免整個電池包的損毀和整車自燃。

我們在這裡也提出一個呼籲,對於電池頻道爆燃的現象,今後能不能強制在電池包中加入自動滅火裝置,系統一旦發現局部溫度過高,直接啟動滅火裝置。

對於最常見的電池熱失控,這是一個快速、自動加熱反應,會生成大量的電池熱(最高可達500 ~ 700 ℃)、煙霧、粉塵和有毒氣體。電池管理系統(BMS)在探測此類事件中起著關鍵作用,其在某些情況下可以啟動冷卻系統的開關。但在車禍或火災中,BMS還是不能夠達到控制熱失控的作用。

而引起熱失控,造車電池起火的誘因主要有三類:一類是機械類,比如電池包發生碰撞;一類是電化學類,最常見也是最危險的就是過充電;還有一類是熱誘因,比如電池溫度過高。

對於第一類,碰撞,其實任何汽車碰撞都會產生危險,在這一點上,純電動車因電池組的結構,受到更多的關注,但是權威數據顯示,目前並沒有電動汽車因為碰撞引發電池爆炸的案例。

對於第二類過充,會引電池變形,影響電池蓄電質量,還會產生漏液,甚至爆炸。

防過充保護一般包括過充前和過充後保護,分別起著預防檢測,和避免自燃等危害。過充前的飽和可通過電壓探測和BMS分級保護,在接近滿電之前逐步降級進行涓流充電,防止過充的同時,讓電池的電量更加實在。過充後的保護裝置,可採用CID和防爆閥。CID是一個翻轉片,當過充發生後CID可以通過鐵片的翻轉切斷電流,從而保證安全。防爆閥的作用則是在電池過充後,將氣體瀉放到更大的空間,從而避免溫度上升,或發生短路。

第三類,熱誘因,對於這一類因素,與電池的組裝結構密不可分。

純電動汽車的里程焦慮催化了各大主機廠片面追求純電動車“高續航里程”“高能量密度”,其實,電池安全性能否在追求能效極限的狀態下得到保障,不僅關乎新能源電動汽車的品質高低之分,更是電動汽車的存亡之線。

汽車業內專家表示,應給主機廠當前研發新能源車的“瘋狂”加速喊一聲“暫停”,當前應先高度關注電動汽車在靜置情況下產生的自燃問題,提升技術和安全水平。

安全標準

根據國家質檢總局發佈的《電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法》中,明確指出電池的安全合格指標,其中的驗證方式也遠遠超出我們日常所碰到的條件。

與電池的組成成分相對應,電池安全標準也從電芯、電池包、電池控制系統三方面考慮,每一部分的設計都有相應的國家標準。比如GB/T31485-2015規定了動力電池單體和模組的安全指標,GB/T31467.3-2015規定了電池包的測試方法。

“理論上按照國家標準,是可以保證電池安全的,但現在的難題就在於電動車市場的發展才剛起步,大家的經驗都不夠豐富,還有很多極端情況、特殊情況可能沒有遇到,所以安全標準也是要不斷更新完善。”田偉東表示。

“動力電池的安全,是高壓和化學安全的耦合,這導致高壓的可靠性和化學安全結合以後形成比較大的安全隱患,中間包括了化學安全、高壓安全、機械安全、功能安全和應用安全等多個層面。”寧德時代總裁黃世霖也曾在公開場合表示,動力電池的安全性是非常複雜的。當前業內,包括寧德時代等的製造商都在動力電池產品安全上追求零事故,除了生產和品質上的安全監控外,還通過遠程監控系統實時收集使用數據,來減少事故。

如何維護自身權益

今年的3月14日,國家市場監督管理總局發佈《家用汽車產品修理、更換、退貨責任規定》(修訂徵求意見稿),意見稿將家用電動汽車的動力總成和主要零件納入汽車“三包”責任,特別是電池或電機,如果發生嚴重質量問題可退換車。也就是說,電池、電機如果發生嚴重的問題,如電池起火等,車主可以要求退換車。

田偉東表示,“電動車自燃不管是對廠家,還是對新能源行業發展都有很大的負面影響,也需要國家出臺相應的制度法規保障消費者權益。”

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