鉅大LARGE | 點擊量：781次 | 2019年05月17日
動力電池安全性淺析
這兩天新能源汽車行業(yè)可以說是遭遇了重大的打擊。接連兩起電動汽車自燃事故，特別是可算是電動汽車領軍者特斯拉的靜置狀態(tài)下于地下車庫爆燃導致多車嚴重損害的重大事故，無疑為飛速發(fā)展中的電動汽車行業(yè)潑下了一大瓢冷水。
這里我們單單看看事故嚴重程度、財產損失、關注度都更高的這次特斯拉事故。由于事故還在調查之中，具體情況仍有待最終確認。但很多行業(yè)內人士根據目前了解到的情況初步推測，很可能是由于其電池單體內部短路導致熱失控而引發(fā)的大規(guī)模爆燃。
特斯拉今年來隨著保有量的逐步增加，電池事故數(shù)量也逐漸的增多，其之前一直引以為傲的圓柱形電池也越發(fā)的站在了風口浪尖之上。關于圓柱電池到底適不適合用于車載動力電池的討論也為各界所關注。
一、特斯拉的無奈選擇
目前，汽車動力電池在封裝形式上大體分為軟包、硬殼兩種，而硬殼又分為圓柱和方形，所以軟包一般與圓柱、方形并稱。它們憑借各自的特點，都擁有各自的支持者。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
國內新能源汽車以軟包與方形電池為主，圓柱電池則因為特斯拉的使用而更為大眾所知。
說起來，業(yè)界一般認為當初在開發(fā)Roadster和ModelS的時候，特斯拉的唯一選擇就是從市場上去購買電池，自行開發(fā)電池系統(tǒng)。而當時來說市場上最為成熟穩(wěn)定的電池就是其選擇的松下18650圓柱電池，而當時的軟包、方形電池都存在著一定的品控不穩(wěn)定問題。相較于投入大量的人力物力與電池供應商一起去改善電池的生產工藝，特斯拉認為設計好一套近萬節(jié)電池的管理系統(tǒng)更容易、更迅速。
隨著自身的這套電池管理系統(tǒng)越用越熟練和大規(guī)模采購帶來的規(guī)模效益，特斯拉即便意識到了圓柱電池的問題也是一時之間頗有積重難返的困擾。然而在這種情況下，“特斯拉與松下分歧增大、特斯拉另尋供應商、特斯拉欲轉投軟包陣營”的新聞扔屢見不鮮，甚至近期有業(yè)內人士說起“特斯拉正在研究前途汽車的電池系統(tǒng)”。雖然這都是寫未經官方證實的小道消息，但其中所蘊含的意味，俗語說的好“空穴來風必有因”啊。
回頭看，隨著國內新能源汽車的高速發(fā)展，國內電池制造技術在強大需求的刺激下也得到了巨大發(fā)展。特別是在軟包電池方面，隨著工藝的成熟，單體的能量密度與一致性得到了飛躍式的提升。這種情況下由于軟包電池自身的包裝材料和結構所擁有一系列優(yōu)勢：重量輕、內阻小、循環(huán)性能好、設計靈活逐漸顯現(xiàn)了出來。
當然，方殼電池也有其優(yōu)勢，特別是成組便捷、最終成組效率上其實與軟包電池也相差不大。所以在新能源汽車行業(yè)也不乏支持者。
二、電池熱失控
特斯拉的這次自然事故，目前來看很大可能是因為負極鋰枝晶過度生長，頂刺到了電池隔膜且逼近了隔膜強度的臨界點。最終在電池靜置且并未充放電的情況下刺穿了隔膜，導致了電池內部短路，最終引發(fā)了電池內部熱失控。
為什么鋰電池這東西為什么這么愛爆炸？
從鋰電池原理上看，鋰離子電池充電時，正極的鋰原子會喪失電子，氧化為鋰離子。鋰離子經由電解液游到負極去，進入負極的層狀結構里，并獲得一個電子，還原為鋰原子。放電時，整個程序倒過來（這就是搖椅電池的得名由來）。為了防止電池的正負極直接碰觸而短路，電池內會再加上一種擁有眾多細孔的隔膜來防止短路。好的隔膜還可以在電池溫度過高時，自動關閉細孔，讓鋰離子無法穿越，以自廢武功，防止危險發(fā)生。
大家發(fā)現(xiàn)了問題沒有，鋰電池內部之所以可以不短路其實完全倚仗著隔膜。而這個隔膜的厚度僅僅幾十微米，一旦隔膜破裂導致電池內部短路，也就最終導致了“熱失控”。
那么除了生產環(huán)節(jié)造成的質量缺陷，導致電池隔膜破損的主要因素就是電池遭遇過充或電流過大時內部產生的鋰枝晶，鋰枝晶的過度生長最終刺穿隔膜導致電池內部短路。一旦電池內到處都在發(fā)生微短路，電池溫度會逐漸升高，最后高溫將電解液氣體。當這種情形發(fā)生時，爆炸基本已經不可避免，因為現(xiàn)在的技術與日常使用現(xiàn)狀是無法對電池內部進行迅速精確的降溫處理的！
電流過大，負極不能接納更多的鋰離子導致形成枝晶，刺穿隔膜造成短路。這也是為什么如今的鋰電池應用中要嚴格控制電池的充放電倍率的關鍵性因素。
而過充造成的爆炸，就更為常見的。電池過充后材料結構坍塌，極片上到處都是針狀鋰金屬結晶，刺穿點到處都是！更嚴重的過充引發(fā)內部短路造成的這種爆炸，并不一定發(fā)生在充電的當時。還有這樣一種情況，也就是我們推測的此處特斯拉事故的原因，電池溫度還未高到讓材料燃燒、產生的氣體也未足以撐破電池外殼時，我們就終止充電。這時眾多的微短路所產生的熱，慢慢的將電池溫度提高，經過一段時間后，才發(fā)生爆炸。這也是我們目前很難精確預報電池起火的原因之一。
特斯拉說為之驕傲的超級快充恰恰構成了催發(fā)鋰枝晶生長的助力，基于特斯拉良好的快充體驗以及早期車輛的免費快充政策，其車主往往偏向于長期選擇超級快充模式。而本次以及大多數(shù)特斯拉的電池事故也是老車居多，這里電池老化的積累自然是主因，但長期快充很可能也起到了推動的作用。可以這么說，快充在帶來便利的同時，也帶來了更大的安全隱患。
要知道即便我們在預設條件下的安全預防已經做的非常好，但面對新能源汽車已經頗為巨大的保有量和實際使用中的面對極端情況，各種小概率事件的發(fā)生也是不可避免的。而隨著車載電池容量的增大，一旦發(fā)生了事故，如何保障乘客安全、如何保證環(huán)境安全都是需要各相關行業(yè)研究的問題。
三、如何降低電池安全隱患
就國內來說，前面提到有傳言特斯拉有意模仿的對象，前途汽車旗下的動力電池配套企業(yè)華特動力就采用了頗具特色的質量管理體系，且得到了眾多行業(yè)專家的認可。
對于華特電動這種嚴格到甚至“干涉供應商內政”的全程質量管控方式，中國汽車工程學會名譽理事長付于武稱贊為“第一次聽說這種管控方式，但是這種管控思想非常系統(tǒng)，我贊同這種做法?！倍鴩?63電動車重大專項動力電池測試中心原主任王子冬更是曾直言“前途汽車是現(xiàn)在中國電動車行業(yè)中，電池設計思路最安全的，沒有之一?！?/p>
一般來說電池包的生產廠家只需要在供應商在把電芯發(fā)來之后，對收到的電芯進行質量管理和檢測即可，但華特電動為了盡可能保證電池單體的“一致性”，對供應商電芯生產過程遵循嚴格的監(jiān)控機制。生產期間，前途汽車工作人員到卡耐駐場監(jiān)控，嚴格把關電芯質量。由于電芯的原材料不同批次間不可避免的存在細微差異，因此華特要求卡耐供貨的每一批電芯，都必須采用同一批原材料。
對于電池安全既要從源頭上預防，也要做好應對事故發(fā)生的準備。
從電池安全這次特斯拉的事故中，在電池被動安全措施上其實也是有亮點可尋的，那就是其電池總成的安全泄壓設計。從事故視頻中我們可以清晰的看到，在電池內部熱失控已經不可避免并迅速大面積擴散時，大量氣體被釋放出來充斥在電池包內，電池總成內部壓力急劇升高。這時電池總成兩側的泄壓孔及時打開，迅速排氣降壓避免了更大規(guī)模的爆炸的發(fā)生。雖然釋放氣體的燃燒引發(fā)了周邊車輛起火，但畢竟避免了更嚴重事故的發(fā)生，還是應該給予肯定的。
而該事故隨后的大火和有毒氣體在封閉空間的聚集，則恰恰反映出了我們當前飛速發(fā)展的電動汽車與滯后的消防措施之間的矛盾。而事故后續(xù)的賠償問題，則又是在督促我們要加快適應電動汽車新特點的財產保障措施的跟進速度。
總結：
那么電動汽車真的就一定會出現(xiàn)嚴重事故嗎？近期美國汽車制造商聯(lián)盟提供給EVS-GTR的數(shù)據里，截止2018年底美國電動汽車保有量激增達到120萬輛左右的情況下，電動汽車起火事故的概率為36PPM（36臺/百萬輛）。
對于新能源汽車領域、特別是動力電池存在安全性問題，我們不能回避，但同樣也不能逃避。而媒體要對動力電池安全問題深入研究、準確報道，切不可斷章取義、人與人云。新能源戰(zhàn)略是關系到未來我國能源安全、關系到我們全體中國人發(fā)展權的重大問題，一定要全力的推動下去。
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