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做和要用发展的眼光看待电动汽车电池安全

发布时间:2021-09-20 08:51:16 阅读: 来源:聚丙烯储罐厂家

要用发展的眼光看待电动汽车电池安全

经过国内权威专家数月的调查考证,深圳“5·26今年以来”事故原因终于有了一个比较令人信服的结果。在肇事者超过240公里的疯狂车速之下,包括电动汽车在内的任何车辆,都难以保证被撞车辆内人员的人身安全。 不过,是人祸而非“车”祸的调查结论,能否就此构建当前部分公众对电动汽车安全性尤其是电池安全性的信心,或许人们仍有怀疑。

人们期盼着无论什么情况电池都安然无恙,行业专家也认为持续提升电池安全性将是永久的话题,但人们应当用科学的思维认识安全问题,用发展的眼光来看待电动汽车这一代表历史发展潮流的新兴产业。

电动汽车的阿基里斯之踵?

从普遍意义上讲,凡是具有能量的东西都具有潜在的不安全性,只有建立了这一概念,并且加以认真对待,才能够获得安全保障

此次比亚迪事e6质量鉴定报告显示,违法飙车是整起惨剧的真凶,接连两次严酷的碰撞造成e6纯电动出租车车身后部及电池托盘严重变形、动力电池组和高压配电箱受到严重挤压,导致部分动力电池破损与短路、高压配电箱内的高压线路与车体之间形成短路,产生电弧,引燃内饰材料及部分动力电池等可燃物质, 是起火燃烧的原因,也确有部分动力电池参与了碰撞后车体的燃烧,动力电池没有满足人们对它“坚如磐石”的企盼。

不单在中国,国外电动汽车在碰撞测试中也曾有起火燃烧案例。美国沃蓝达电动汽车,在发生碰撞测试三周之后,发生了自燃。

人们不禁会问电池安全真的会成为电动汽车产业发展的阿基里斯之踵吗?

“在大规模的电动汽车示范运营中,我国电动汽车电池的整体状况实际上还是相当不错的,此次e6的质量鉴定中,遭受如此严酷的碰撞和后续的大火熏烤,电池未发生爆炸,75%的电池未参与燃烧,也说明该车所用动力电池的安全性,已经达到了相当不错的程度。”但这并不意味着可以掉以轻心,持续提升电池的安全性将是一个永久的话题。国家863“节能与新能源汽车”重大项目监理咨询专家组组长石墨烯为碳的1种新的同素异构体王秉刚在接受采访时表示。

“安全是有条件的,是相对的。从普遍意义上讲,凡是具有能量的东西都具有潜在的不安全性,只有建立了这一概念,并且加以认真对待,才能够获得安全保障。”这是全国汽车标准化技术委员会电动汽车分技术委员会主任委员、国家863“节能与新能源汽车”重大项目总体组专家吴志新对安全的理解。

他表示,电动汽车与传统汽车最大的不同,主要就在于能量的形式及其存储的方式。除了电池之外,电动汽车的其他系统与传统汽车没有本质区别。相对于司空见惯的传统汽车起火燃烧、爆炸来讲,电动汽车的安全问题备受关注,更多是因为其初来乍到的“新人”身份。“所以提到电动汽车的安全,或者电动汽车出了事故,人们第一时间关心的就是电池,尤其是越来越广为使用的锂电池。”吴志新说。

“不安分”的锂电池有约束

、照相机、摄像机的锂离子电池“老实了”、电动工具的锂离子电池“老实了”、电动摩托车的锂离子电池“老实了”……电动汽车电池这个家庭新成员肯定也会“老实”

锂离子电池就像“不安分”的顽童。只有找到了顽童“多动症”的病因,才能找到管束顽童的“戒尺”。

据吴志新主任介绍,就电池本身安全性而言,出现安全问题的基本模式有燃烧、爆炸两种,其本质是电池的热失控。锂离子电池发生热失控,主要是由电极和电解液间的化学反应引起。如在过充、过热和短路等情况下,强氧化性正极材料稳定性通常较差,易释放出氧气,而碳酸酯类电解液极易与氧气反应,放出大量的热和气体;产生的热量会进一步加速正极的分解,产生更多的氧气,促进更多放热反应的进行;同时强还原性负极的活泼性接近金属锂,与氧接触会立即燃烧并引燃电解液、隔膜等。温度升高与化学反应两者的相互促进、恶性循环,导致电池温度迅速升高而失控的过程,即为电池的热失控。而引起这一过程的主要外在因素,则包括电池过充电、过大电流充放电、电池外部短路、由于受外力挤压、外来物质的穿刺、内部杂质或枝晶等引起的内部短路以及受到外部高温作用等等。

据吴志新介绍,电池的安全性取决于电池正负极活性材料及其粘结剂、隔膜、电解液等的材料体系,也取决于电池的结构设计和生产工艺过程,同时还取决于电池的使用方式和使用环境等外部因素。

多管齐下约束“顽童”。如果从电池本身的角度而言,电动汽车电池的安全,实际上并不是一个新鲜的话题。电池行业很早就开始探索如何用多种有效的约束手段,来管教锂电池这个“调皮的孩子”。、照相机、摄像机的锂离子电池“老实了”、电动工具的锂离子电池“老实了”、电动摩托车的锂离子电池“老实了”……

“动力电池是以电池组的形式应用于电动汽车,电池组由单体电池通过各种形式的串、并联构成。因此,不仅要保证单体电池的安全性,同时还要考虑电池模组和电池系统的安全性,从而形成多层次的安全技术体系”吴志新对科技详细科普了如下电动汽车电池安全保障方面的相关知识:

电池材料方面所采取的措施和研究目标包括:研究、应用陶瓷镀层隔膜、负极热阻层等技术,防止电池内部短路;研究、采用氧化还原电对添加剂、电压敏感隔膜等技术,防止电池过充电;研究、应用温度敏感电极(PTC电极)和温度敏感电极材料,防止电池热失控;研究阻燃型或不燃型电解液,防止电池燃烧。

电池的制造工艺方面采取的措施包括:电池生产环境的洁净度控制,防止外来杂质和金属杂质进入电池隔膜和正负极,防止电池内短路;应用先进的工艺装备和检测技术,保证电池生产的均匀一致性;应用先进的工艺装备,杜绝极片毛刺、极片错位等问题,防止内部短路;应用先进的工艺装备,提高电池内电解液的均匀性,防止局部过充电。

电池结构设计方面的措施包括:优化结构设计保证极板与极耳连接的可靠性、电池的散热常平将在3年内引进45名科研专家性能;优化电池壳体耐压强度设计和安全泄压结构设计,防止电池爆炸;采取必要措施,防止电池正负极极片与极耳短路;采取绝缘措施,防止电池带电壳体与其他单体电池或金属物体形成短路等。

电池模组设计的安全保障措施:单体之间采取必要的绝缘措施;单体之间的连接先进的采用焊接工艺技术,保障可靠连接、降低接触电阻;电压、温度采样模块和采样线路的优化布置、可靠紧固与有效防护;模组壳体采用具有阻燃、绝缘和必要强度特性的材料,其结构设计考虑合理散热通道和电池膨胀空间;考虑电池模组之间的可靠连接方式和端子保护措施;考虑电池模组在电池组箱体内的牢固安装紧固。

电池组设计上的安全保障措施:采用电池管理系统,有效监测每个电池单体的电压、温度、充放电电流、SOC和SOH等参数的技术状态,防止电池单体的过充、过放,实时监测电池故障,保障电池安全;采用电池管理系统或专门系统,实时监测电池绝缘状况,防止电池组及线路与车身、电池箱体等绝缘破坏;采用热管理系统,监测并控制电池组各处的温度,保证电池组中各单体电池所处温度环境的均匀性和适宜性;电池组中单体电池的容量选取、电池模组的布置,应考虑在事故状态,尽可能减缓能量释放速率,延长能量释放时间,最大限度地减小事故危害;电池组应考虑设置安全维修开关,保障维修作业时的安全性;还应考虑合理布置过流保护装置,合理限制电池组最大充放电电流,同时设置受控于电池管理系统的直流灭弧接触器,必要时能够切断电路,保证电池组的安全,同时可将电池组从电路上分解成若干个处于安全电压的部分,保障乘员的触电安全;电池箱应考虑合理的强度和刚度保护电池免受一定强度的外力的破坏;同时电池箱还应具有必要防尘、防水功能。

“单项”“全能”有规矩

目前正在组织行业专家对电池标准进行研究修订、正在研究制定专门的《电动汽车碰撞安全》标准。在新的标准中,将会有专门的篇幅描述对电池系统相关要求

无规矩而不成方圆。行业的规范发展,离不开完善的标准与权威的检测认证。经过十几年的发展,我国电动汽车的标准建设,已经与国际水平不相上下。

据吴志新介绍,“九五”期间,我国参考国际标准制定了锂离子动力电池的国家标准;到“十五”期间,结合我国科研工作的技术积累,借鉴国际标准和发达国家标准,制定了我国锂离子动力电池的行业标准-QC/T《电动汽车用锂离子蓄电池》,该标准中规定了电池和电池模组的性能、寿命和安全性的测试方法和要求,该标准是目前国际上最为严格的电池试验标准。此外,《乘用车正面碰撞的乘员保护》、《汽车侧面碰撞的乘员保护》、《乘用车后碰撞燃油系统安全要求》、《电动汽车 安全要求 第1部分 车载储能装置》、《电动汽车 安全要求 第2部分功能安全和故障防护》、《电动汽车 安全要求 第3部分:人员触电防护》、《混合动力电动汽车安全要求》等一系列针对电动汽车安全的标准,共同构成了我国对电动汽车动力电池系统的安全评价标准体系。

“通过上述标准的检测评价,能够保证电池及电池系统的安全性。上述标准体系,也支撑了我国电动汽车及动力电池系统安全性的研发评价和产品评价,取得了良好的效果。”吴志新说。

“当前我国电动汽车电池安全标准、测试和评价建设,还存在着‘单项’强而‘全能’弱的问题。”王秉刚也表述了自己的见解。

“在单体、模块等方面,我们都已经有了较为完善和细致的标准要求,但是在整体的电池系统上暂时还缺少自成体系的专门的标准,测试和评价领域也需要不断完善。”王秉刚说。但他同时也强调,这种情况亦是我国电动汽车整体发展水平和所处阶段的反映。

吴志新表示,随着技术的不断进步,围绕电池安全性的标准,将会越来越细致与越来越专业。他告诉科技,目前正在组织行业专家对电池标准进行研究修订、正在研究制定专门的《电动汽车碰撞安全》标准。在新的标准中,将会有专门的篇幅描述对电池系统相关要求。

科技在采访中了解到,近十年来,在国家科或用来避免、减轻坠落及物击伤害的具技部863电动汽车重大项目的支持下,我国电动汽车动力电池技术实际上已经取得了长足的进步,锂离子动力电池的性能指标、安全性得到大幅度提高,主要电池企业通过自主创新和引进技术,电池生产工艺技术得到大幅度提升,总体处于国际前列。产学研、整车与电池企业等的合作日益紧密,电池模组、电池系统的技术水平,迅速提高,系统水平接近国际水平。通过“十城千辆”较大规模的示范运行考核,积累实际应用经验,技术性能和安全性得到持续提高。

“谁掌握了电池技术,谁就掌握了电动汽车的未来。技术创新是规划实施的核心与灵魂。”在王秉刚看来,目前我国动力电池的研发力量还很分散。电池产业盲目低水平投资建设加剧了人才的分散。要实现《节能与新能源汽车发展规划》目标,必须有正确与有力的措施,集中力量支持优势企业,形成电动汽车核心零部件——动力电池的技术竞争力和产业竞争力,真正使技术创新工程和产业竞争力培育落于实处。

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