技艺流深入分析,加强在意义的车用级电瓶

2019-06-16 11:15栏目:ca88登录

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新能源汽车目前最大的威胁,不是补贴退坡,而是连续不断的起火事故。更令人担忧的是,由于现在自燃、起火事件太多,大家都已经有些麻木。这还是新生事物成长中必然经历的过程吗?

不。再拿新生事物做借口,就是自取灭亡。应当严厉批评、严厉惩罚涉事动力电池生产企业和新能源汽车企业。这种行为,在毁掉我们共同的事业。——编者按

2018年,电动汽车全是有点“火”。根据不完全统计,2018年上半年,电动汽车发生过10起燃烧事故。

图片来自“racshop.co.uk”

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电动汽车为什么会着火?车企现有技术水平不能防止它着火吗?还是车企没有在防止着火上投入足够多的成本呢?

在今年的炎炎夏日,不仅仅是天气热,新能源汽车也热。而且热的让人担心,接二连三的燃烧事故见诸于报道。尽管这样,很多人仍然相信Tesla 的公关思维,燃油车也会燃烧啊,吃瓜群众正在被洗脑。

2018年,电动汽车全是有点“火”。根据不完全统计,2018年上半年,电动汽车发生过10起燃烧事故。那么,电动汽车为什么会着火?车企现有技术水平不能防止它着火吗?还是车企没有在防止着火上投入足够多的成本呢?

前些天,笔者对三辆发生自燃的新能源汽车做了拆解。综合拆解分析所得,以及电池热失控的机制和应对,笔者认为电动汽车自燃频发,原因不是技术水平达不到,而是涉事动力电池企业和电动车企,不重视安全,为了降低成本,对电芯品控不严、BMS设计要求太低、没有对动力电池包足够的安全设计保护等,以致火光之灾。

人命关天的事,没有小事,再次印证了汽车工程高安全需求

前些天,笔者对三辆发生自燃的新能源汽车做了拆解。综合拆解分析所得,以及电池热失控的机制和应对,笔者认为电动汽车自燃频发,原因不是技术水平达不到,而是涉事动力电池企业和电动车企,不重视安全,为了降低成本,对电芯品控不严、BMS设计要求太低、没有对动力电池包足够的安全设计保护等,以致火光之灾。

板子光打动力电池企业和新能源汽车企业也不行。主管部门在准入环节门槛诸多,现在眼见这么多事故,还不出手?

作为国家层面、工程技术人员需要清醒认识或从麻痹、懵懂中警醒:其危害性、或客户担忧,会严重制约新能源的健康发展。所以,近期也看到了工业和信息化部装备工业发展中心的213号文件:“关于开展新能源客车安全隐患专项排查工作的通知”,也是应急采取的必要措施,非常及时。

板子光打动力电池企业和新能源汽车企业也不行。主管部门在准入环节门槛诸多,现在眼见这么多事故,还不出手?

电动汽车着火原因分析

政策的出手,权威从士的不断出声,从另一个角度也反映出,决策者对以往技术导向的再思考,这是好事。这不是谁的错,技术进步就是这样,在迂回中认知和前进,亡羊补牢,为时不晚。

电动汽车着火原因分析

笔者拆解的这三辆电动汽车发生自燃时,一辆在充电;一辆处于停驶状态;还一辆行驶过程中发现异常,停驶后起火。

纵观锂电池发展历史,只有认真面对和解决,才能给新能源发展注入新的活力

笔者拆解的这三辆电动汽车发生自燃时,一辆在充电;一辆处于停驶状态;还一辆行驶过程中发现异常,停驶后起火。

充电起火的电动汽车,从检测数据看,起火前,电池在充电过程中,出现了较大的压差,但是BMS电池充电并未停止。直至温度在10秒之内迅速上升至45℃阈值,充电停止。此时电池静态压差已经超过500mV,随后通讯中断,发生了自燃。

首先严格意义上讲,锂电池有别于现在广泛应用的锂离子电池。我们来重温锂电池发展历史:“上个世纪80年代,加拿大 moil energy 公司,首次向市场推出采用金属锂作为负极的Li/MnO2 二次电池。这款电池让其称霸全球市场,辉煌一时。但是非常不幸的是在1989年发生了连续的爆炸事故。导致大面积召回,该公司从此一蹶不振。”

第一辆车(充电起火的电动汽车),从检测数据看,起火前,电池在充电过程中,出现了较大的压差,但是BMS电池充电并未停止。直至温度在10秒之内迅速上升至45℃阈值,充电停止。此时电池静态压差已经超过500mV,随后通讯中断,发生了自燃。

第二辆车,从现场拆解情况看,内部有涉水的痕迹。电池包的密封条严重变形,并未达到密封的预期效果。电池包底部,有明显的三处电弧击穿。此车发生事故的地点在深圳,之前正逢大雨,与现场的判断是吻合的。即密封失效,造成车辆涉水短路引发的自燃。

“后被日本的NEC公司收购。NEC公司投入巨资、人力、物力对上万块电池进行了分析,最终找到了导致电池起火爆炸的元凶---锂枝晶。 所以锂作为负极材料,淡出了我们的视野。 直到1991年,索尼公司推出首款商用锂离子电池,LiCO2作为正极,石墨作为负极。从此开启锂离子电池二次走向应用的辉煌时代。”

第二辆车(停驶状态起火的车),从现场拆解情况看,内部有涉水的痕迹。电池包的密封条严重变形(推测是设计问题),并未达到密封的预期效果。电池包底部,有明显的三处电弧击穿。此车发生事故的地点在深圳,之前正逢大雨,与现场的判断是吻合的。即密封失效,造成车辆涉水短路引发的自燃。

南京两辆泡水燃烧的电动大巴

通过这段文字描述,可看出锂电池的共性问题,析理同样是作为其化学特性存在的。这也是为什么静置的车辆、充电过程的车辆,很有可能是因为析理造成内短路、过充导致内短路等原因而发生着火事故。但是,析理也是可以通过技术手段避免其发生或控制在安全范围之内的。

图片 4南京两辆泡水燃烧的电动大巴

第三辆车,最早在行驶过程中,司机发现异常,靠边停车,随后发生了自燃。从监测数据看,电池包内部温度在20秒内,从34℃上升至113℃,随后通讯中断。经过现场拆解,初步判断是个别电芯发生了爆燃,导致主动力线过热,绝缘皮损坏,与电池壳体和内部固定支架搭接,发生短路。

丰田对电池事故最到位的总结:过充、外短路、碰撞、内短路

第三辆车(行驶过程中起火的车),最早在行驶过程中,司机发现异常,靠边停车,随后发生了自燃。从监测数据看,电池包内部温度在20秒内,从34℃上升至113℃,随后通讯中断。经过现场拆解,初步判断是个别电芯发生了爆燃,导致主动力线过热,绝缘皮损坏,与电池壳体和内部固定支架搭接,发生短路。

另外,根据某消防单位总结,新能源汽车发生燃烧主要有以下四种场景:

1、 对于过充:系统层面,采用双检测系统,对电芯、模组电压进行检测。

另外,根据某消防单位总结,新能源汽车发生燃烧主要有以下四种场景:

1.充电过程中燃烧

2、 对于外短路:系统层面,关断系统、主回路保险丝。

  1. 充电过程中燃烧;

  2. 电池行驶或放置过程中引发的燃烧;

  3. 碰撞翻车引发的燃烧;

  4. 涉水引发的燃烧。

2.电池行驶或放置过程中引发的燃烧

3、 电芯层面:达到一定温度时,能自动切断电流,通过材料、结构、电极来实现。

这四种场景中,充电过程中的燃烧是最为常见的。

3.碰撞翻车引发的燃烧

4、 碰撞防护:通过车身、电池包结构强度来实现。

电动汽车的充电过程中,充电桩会和电动汽车的BMS(电池管理系统)通讯“握手”,以控制充电条件。也就是说,BMS会对电池的状态进行判断,从而给出一个合理的充电方案。可是,问题来了,BMS是怎么知道电池的状态呢?是通过不同的传感器反馈信号实现的。

4.涉水引发的燃烧

5、 电芯内短路:系统层面是毫无应对方案的。电芯层面,通过材料、隔膜等防内短路措施(HRL:Heat resistant layer )

电芯、BMS、传感器

这四种场景中,充电过程中的燃烧是最为常见的。

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首先从电芯说起。每一个电芯,都有不同的“体质”。具体表现在如内阻、自放电率、衰减率、极化等专业参数上。虽然,专业的技术人员,都会对电池的“体质”进行分组,以减小单体之间的差异,但是电池的“体质”和人一样,会随使用时间,出现变化。质量好的电芯,“体质”差异相对小,要做到这一点,选用材料一致性要好,生产过程自动化水平要高,品质标准要高,由此成本也高。反之,质量差的电芯,成本低,个体差异大,就有很大的安全隐患。比如在充电过程中,个别电芯发生过热着火。

电动汽车的充电过程中,充电桩会和电动汽车的BMS通讯“握手”,以控制充电条件。也就是说,BMS会对电池的状态进行判断,从而给出一个合理的充电方案。可是,问题来了,BMS是怎么知道电池的状态呢?是通过不同的传感器反馈信号实现的。

图1:过充、短路导致热失控

图片 6低劣电芯隐患巨大

首先从电芯说起。每一个电芯,都有不同的“体质”。具体表现在如内阻、自放电率、衰减率、极化等专业参数上。虽然,专业的技术人员,都会对电池的“体质”进行分组,以减小单体之间的差异,但是电池的“体质”和人一样,会随使用时间,出现变化。质量好的电芯,“体质”差异相对小,要做到这一点,选用材料一致性要好,生产过程自动化水平要高,品质标准要高,由此成本也高。反之,质量差的电芯,成本低,个体差异大,就有很大的安全隐患。比如在充电过程中,个别电芯发生过热着火。

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但电芯永远不可能完全一致,此时需要BMS介入,负责电池的管理策略。首先,我个人认为,每一种电池,都有不同的特性。BMS都应该为之单独开发管理策略,而非通用设计。

低劣电芯隐患巨大

图2:析锂产生的枝晶,可以刺破隔膜

BMS对电池管理之前,首先要掌握电池的信息,这只有通过传感器监测来实现。也就是说,传感器越多,传感器的精度越高,反馈的数据越全面,BMS对电池的判断则会越准确。但是,相应的,成本也就越高。

但电芯永远不可能完全一致,此时需要BMS介入,负责电池的管理策略。首先,我个人认为,每一种电池,都有不同的特性。BMS都应该为之单独开发管理策略,而非通用设计。

丰田把电芯“内短路”故障排在最后,个人主观分析:对于松下这样历史悠久的公司,工艺高超的控制能力,已不是难题,结合新的隔膜技术、内隔热技术等是可以很好解决内短路的。但是,对于我们国内电池生产资源,我觉得,解决好内短路技术问题,仍然是当务之急。

充电过程中,电芯、BMS、传感器,三个环节配合不好,自燃就有可能发生。

BMS对电池管理之前,首先要掌握电池的信息,这只有通过传感器监测来实现。也就是说,传感器越多,传感器的精度越高,反馈的数据越全面,BMS对电池的判断则会越准确。但是,相应的,成本也就越高。

电芯的品质、一致性、稳定性,仍然是着火事故直接原因之一

如果BMS失效了会怎么办?试想我们的智能手机极小概率发生故障需要重启的场景,我相信任何电子设备,都有一定的故障几率。而如果BMS发生故障,甚至是短暂的死机,后果都比手机故障严重的多。当这种情况发生时怎么办,有没有第二套可以备用的电池管理方案?我相信当系统中存在“应急装置”时,系统势必会更加安全,但是也同时会增加成本。

充电过程中,电芯、BMS、传感器,三个环节配合不好,自燃就有可能发生。

从松下的一些文字中,对其制造工艺的先进性有一些了解:松下的全自动无人干预生产、严格的来料检验、洁净生产环节,完整的测试能力,远远高于同行业标准。

除了充电场景外,电池在行驶或停驶过程中也会产生燃烧。行驶中,是电池的放电过程,在工作过程中,电池出现问题,容易理解,但是在停驶过程中,为什么会燃烧呢?

如果BMS失效了会怎么办?试想我们的智能手机极小概率发生故障需要重启的场景,我相信任何电子设备,都有一定的故障几率。而如果BMS发生故障,甚至是短暂的死机,后果都比手机故障严重的多。当这种情况发生时怎么办,有没有第二套可以备用的电池管理方案?我相信当系统中存在“应急装置”时,系统势必会更加安全,但是也同时会增加成本。

从成本的角度,管理的角度,都是需要大力气的投入。在早期,国内有些有远见的企业,雇佣日本的管理人员,管理车间;返聘日本的老专家做好5S工作,完整和系统的做FMEA等,其实,都是朝着这方面努力,严格意义讲,这不是高难的技术问题,而是做好精益生产的手段和措施。

停驶自然起于“后遗症”

除了充电场景外,电池在行驶或停驶过程中也会产生燃烧。行驶中,是电池的放电过程,在工作过程中,电池出现问题,容易理解,但是在停驶过程中,为什么会燃烧呢?

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最近对几个停驶新能源车案例中研究发现,新能源车在停驶前,都有过重载或较长时间行驶的经历。而停驶过程中的自燃,其实是后遗症,而这种后遗症是怎么引发的呢?

最近对几个停驶新能源车案例中研究发现,新能源车在停驶前,都有过重载或较长时间行驶的经历。而停驶过程中的自燃,其实是后遗症,而这种后遗症是怎么引发的呢?

图3:丰田的测试和车间

原因一:汽车在行驶过程中,由于空气气流的作用,电池是处于散热状态。但当汽车停驶的时候,汽车熄火,散热系统也停止工作。而此时电池的热量也许并未完全散去,热量在局部集聚,从而导致高温引发燃烧。

原因一:汽车在行驶过程中,由于空气气流的作用,电池是处于散热状态。但当汽车停驶的时候,汽车熄火,散热系统也停止工作。而此时电池的热量也许并未完全散去,热量在局部集聚,从而导致高温引发燃烧。

电芯生产工艺非常复杂,任何一个环节的缺陷和不完整都会造成后端应用事故。系统层面,在一个包体内,如果选用圆柱电池,四、五千颗电芯已是正常的状态,任何一颗电芯短路,都是不可想象的灾难。

解决方案很简单,在汽车停驶后,散热系统应该继续工作(这要求有主动散热装置),我记得以前我的一辆燃油车,停车后,前面的散热扇(当时叫电子扇)还会继续呼呼地转一会。早年的涡轮增压发动机也有类似的要求,停驶后不能立即熄火停车。对于新能源汽车而言,这并不是什么有难度的技术。但是确实要实打实的增加一些成本,也可能会牺牲一些能量密度。

解决方案很简单,在汽车停驶后,散热系统应该继续工作(这要求有主动散热装置),我记得以前我的一辆燃油车,停车后,前面的散热扇还会继续呼呼地转一会。早年的涡轮增压发动机也有类似的要求,停驶后不能立即熄火停车。对于新能源汽车而言,这并不是什么有难度的技术。但是确实要实打实的增加一些成本,也可能会牺牲一些能量密度。

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原因二:环境温度影响。环境中的温度,大多来自地面对热量的反射。那么地面温度,到底能有多少度?根据天津市气象局的数据,夏季地面最高温度达到64.7℃,最低温度也纷纷超过了50℃。而锂电池的适宜工作温度,大多不超过50℃,而锂电池包往往安装在车的底部,与地面的距离很近,地面辐射的大量热量,被电池包吸收。如果再与原因一的问题累加,或者长时间停车,都可能造车电池热失控,而导致燃烧事故。

原因二:环境温度影响。环境中的温度,大多来自地面对热量的反射。那么地面温度,到底能有多少度?根据天津市气象局的数据,夏季地面最高温度达到64.7℃,最低温度也纷纷超过了50℃。而锂电池的适宜工作温度,大多不超过50℃,而锂电池包往往安装在车的底部,与地面的距离很近,地面辐射的大量热量,被电池包吸收。如果再与原因一的问题累加,或者长时间停车,都可能造车电池热失控,而导致燃烧事故。

图4:着火电芯状态

解决方案也不难,就是对电池包做隔热设计,比如在电池包内部加一层隔热垫,这也有利于冬天保温。但是隔热垫的添加,又会带来三个问题:第一,成本增加;第二,自然冷却性能下降,需要主动散热系统;第三,电池包的能量密度稍有下降。

解决方案也不难,就是对电池包做隔热设计,比如在电池包内部加一层隔热垫,这也有利于冬天保温。但是隔热垫的添加,又会带来三个问题:第一,成本增加;第二,自然冷却性能下降,需要主动散热系统;第三,电池包的能量密度稍有下降。

做真正意义的车用级电池,这是保证车辆安全的底线

原因三:新能源汽车在停驶过程中,低压电还是在工作的,比如GPS发射信号,行车电脑,遥控锁这一些列的功能。如果低压电发生故障,也有可能出现安全隐患。

原因三:新能源汽车在停驶过程中,低压电还是在工作的,比如GPS发射信号,行车电脑,遥控锁这一些列的功能。如果低压电发生故障,也有可能出现安全隐患。

国内电芯企业,决大部分都是短时间成长起来的,和松下这样的老牌企业是无法相比的。同时,汽车工程对安全的要求,对于没有行业经验的企业,是无法理解的。所以,在很短的时间追上世界先进水平,确实不是一件易事。但是,市场不等人,你必须做的更好,才能生存。这个脱节问题,逐渐显露出来,整车企业,为了安全、长远发展考虑,提高其可控性,纷纷和有实力的电芯厂捆绑联合。电芯供应市场,造成一种有趣的现象,供不应求和门庭罗雀。所以,统计数字使用全国年生产供应多少GWh,使用了多少GWh是不靠谱的。电芯生产过剩同样是存在的。

除了电芯,BMS,Pack设计以外,其余的小环节也不能忽视。比如IP67防水,比如线束的质量和布置。

除了电芯,BMS,Pack设计以外,其余的小环节也不能忽视。比如IP67防水,比如线束的质量和布置。

技术角度,针对车用级需求,也有明确的要求:在国标中,GBT 31485-2015 电动汽车用动力蓄电池安全要求及实验方法,对电池单体承受过充能力有明确的要求,如果上限电压是4.2V, 哪么,实验测试电压应该是6.3V。

以上对事故的原因的阐述,解决方案无一不指向增加成本。但是成本高了,是否可以避免事故呢?我还想聊聊特斯拉出现事故的案例。

以上对事故的原因的阐述,解决方案无一不指向增加成本。但是成本高了,是否可以避免事故呢?我还想聊聊特斯拉出现事故的案例。众所周知,特斯拉则是有钱人的“玩具”,成本投入应该不是问题。2018年上半年,网上查到特斯拉一共发生了三起事故:

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如何做到100%的安全保障?

1月份,在重庆,特斯拉在没充电,也未发生碰撞的情况下,发生了燃烧。

图5:GBT 31485-2015

众所周知,特斯拉则是有钱人的“玩具”,成本投入应该不是问题。2018年上半年,网上查到特斯拉一共发生了三起事故:

3月份,在美国,特斯拉因为撞上了隔离栏,发生了燃烧。

从电化学角度,“过充”也是一个厂家产品能力和技术实力,如同快充能力,也是能设计出来的。

  • 1月份,在重庆,特斯拉在没充电,也未发生碰撞的情况下,发生了燃烧;

  • 3月份,在美国,特斯拉因为撞上了隔离栏,发生了燃烧;

  • 5月份,在美国,特斯拉因为碰撞,又一次发生了自燃。

5月份,在美国,特斯拉因为碰撞,又一次发生了自燃。

恶性价格竟争,电芯以次充好

可见特斯拉也并未做到100%的安全。

可见特斯拉也并未做到100%的安全。

在设计过程中,经常用1Wh多少钱作为市场潜在的成本标准。更有甚者,小于1元/Wh的电芯也能上车,成本的不合理性背后,可能就是牺牲的品质。其实,每辆车对功率的需求的不同,对容量要求、对温度需求的差异等,这些指标,恰恰是和电池成本直接挂钩的。另一方面,数量可以稀释成本,也是公认的,松下18650的出价171美金,出货量都是Gwh。我们国内的企业不论从质、量都是不可企及的,相提并论或作为目标显然是不合理。包括政策层面,对成本目标的降低或拉动,都是有待商榷的。

图片 112017年6月,山东日照一辆特斯拉撞击护栏后发生火灾

2017年6月,山东日照一辆特斯拉撞击护栏后发生火灾

同时,一些PACK制造商,不排除以次充好。例如,使用不到一万公里的系统,压差已经是0.5V了,奇怪的是,车辆照样跑跑,确实奇葩;或者依靠强大的售后团队来救火作为解决问题的灵丹妙药,也早已是公开的秘密。市场的混乱,盲目的听从价格,令人担忧。

我想在这,应该给安全重新下一个定义了。

我想在这,应该给安全重新下一个定义了。

BMS不是万能的,在电芯内短路面前,也是束手无策

对于新技术,无法苛求100%的不出意外,而是把意外的后果降到最低。而在新能源汽车上,则要在设计上考虑,在出现事故时,100%保证人身安全。我们还是看特斯拉的例子。在特斯拉的电池包上方,有一层阻燃的铝板,这层板,可能无法完全阻断燃烧,但是至少可以给驾驶员和乘客赢得几分钟的逃生时间。

对于新技术,无法苛求100%的不出意外,而是把意外的后果降到最低。而在新能源汽车上,则要在设计上考虑,在出现事故时,100%保证人身安全。我们还是看特斯拉的例子。在特斯拉的电池包上方,有一层阻燃的铝板,这层板,可能无法完全阻断燃烧,但是至少可以给驾驶员和乘客赢得几分钟的逃生时间。

在一篇文章中看到对事故的分析中,“从监测数据看,电池包内部温度在20秒内,从34℃上升至113℃”。从BMS 角度,面对热失控的状态,也是无能为力的。最好的结果,也只有及时、准确诊断和告警了,给乘客的逃生赢得时间,已是相当优秀的BMS了。

因此,所谓新能源汽车的安全,是对车上司乘人员的100%的安全保证。要提前预警,并给予司机乘客足够的逃生时间。

因此,所谓新能源汽车的安全,是对车上司乘人员的100%的安全保证。要提前预警,并给予司机乘客足够的逃生时间。

实现电池的多元应用;三元材料电池难过针刺实验是现实

图片 12近日,一辆力帆电动汽车着火燃烧

近日,一辆力帆电动汽车着火燃烧

不同的电池用在不同的地方。这才是市场和技术的本色。在选用何种材料的电池时,能量密度不能作为首选因素,这一点,也被更多的有识之士认可。随着补贴的退坡,各个厂家逐渐会从“无奈”中解放。能量密度的“拔苗助长”,技术的非循序渐进,是严重不合理的。不能一味的想着“弯道超车”。市场需要的是安全的产品。还是市场说了算的。

安全永远是相对的,提高成本简单,关键是市场认可,客户愿意买单。谁也不会愿意买一辆时速十公里的坦克出行,虽然应该很安全。但是我觉得为了减少事故的发生,一些成本还是要花的:

安全永远是相对的,提高成本简单,关键是市场认可,客户愿意买单。谁也不会愿意买一辆时速十公里的坦克出行,虽然应该很安全。但是我觉得为了减少事故的发生,一些成本还是要花的:

电池的多元化发展,应该会成为一种趋势。根据实际需求,对续驶里程、使用的环境、风险评估,选择合适的电芯和系统电量。这就不难理解,为什么丰田的Mirai,仍然在用镍氢电池。个人观点,在BMS 达不到较高水平的时候,LFP仍然是大巴车的首选。尽管LFP同样会燃烧,但是,从冒烟到爆燃的时间,LFP是有明显优势的。起码能给乘客的逃生争取5~10分钟的时间。

第一,优质的电芯。能量密度越来越高,无疑对电芯的品质要求也越来越高。三元时代,各家的配方是什么?是真正的三元材料,还是不同配方的掺杂?一致性如何?提高电芯的品质,从源头上降低风险,这个钱该花。

第二,安全的Pack设计。一些厂家的所谓Pack设计,其实是Pack布置。有什么区别呢?举个例子,Pack的温度传感器应该放在哪?Pack布置的做法是把电池模组安装好,在找个“合理”的地方,装上。而Pack设计的做法,是在结构上结合散热系统,风道设计,预先设置好温度监测点,再进一步仿真、实验,最终确认。

第三,余量设计。顾名思义,在设计中,留有设计余量是必要的。比如前文说的,如果BMS发生故障,有没有一套备用的系统可以暂时保证系统的安全。这套备用系统不一定能BMS的完整功能,但是起码要保证安全。

第四,热管理系统。热管理系统,如果说是新能源汽车的安全命脉,应该不为过。电池的能量密度越来越高,对于热管理的要求,也越来越高。能量密度的提高,更会引发充电速度的提升,我认为起码一套水冷系统是必要的。

第五,故障逃生系统。无论什么原因造成的新能源汽车起火,都要给司乘人员留足逃生时间。尤其是三排座位的商务车或SUV,以及电动大巴。因此,对于故障,早预警;在系统中,起码要有延缓火势的设计,最大限度延长逃生时间。

第六,安全培训。简单说,就是告诉新能源汽车车主,如果发生事故,应该如何处理。比如要放弃财物,第一时间逃生,要和事故车辆保持的安全距离,要站在上风口等等。对于事故处置不当,也是造成人身伤害的重要原因。

第七,严惩责任方,支持巨额索赔。除了人命,其他任何东西都可以拿钱来计算。有这样一个故事:福特汽车生产的一款汽车,它的设计安全隐患,但是如果增加16块钱成本,安全系数机会提高很多。福特公司知道这个情况,但他们算过一笔账,如果每辆汽车都加一块16块钱的挡板成本超过了他们对意外的赔偿,所以他们选择了赔偿。从这个角度理解,赔偿实际上是对产品成本控制的买单,所以把钱花在哪,估计得各大车厂好好算算账了。

第一,优质的电芯。能量密度越来越高,无疑对电芯的品质要求也越来越高。三元时代,各家的配方是什么?是真正的三元材料,还是不同配方的掺杂?一致性如何?提高电芯的品质,从源头上降低风险,这个钱该花。

如同当年,我一直主张,钛酸锂电池做为燃料电池车辆辅助和储能电池一样,安全永远是第一位的。

2018年,燃油车燃烧的事故也有不少,但是似乎不会像新能源汽车一样,有这么大的关注度。近期新能源汽车着火事件增多,和补贴政策提高能量密度要求,有直接相关性。根据相对安全的原则,这就意味着要有更加安全的保障措施;包括提高充电速度,也要有更加有效的温控系统。

第二,安全的Pack设计。一些厂家的所谓Pack设计,其实是Pack布置。有什么区别呢?举个例子,Pack的温度传感器应该放在哪?Pack布置的做法是把电池模组安装好,在找个“合理”的地方,装上。而Pack设计的做法,是在结构上结合散热系统,风道设计,预先设置好温度监测点,再进一步仿真、实验,最终确认。

正视差距:你的产品做了隔热、隔火设计吗?

但是,显然动力电池企业、新能源车企并没有这么做。他们如同省16块钱挡板的福特一样,计算了投入产出。如此,我们在呼吁动力电池、新能源汽车企业自身反省、改正的同时,更要呼吁主管部门,严惩粗制滥造导致的起火事件责任方,尤其对于造成人身伤害事故的的责任企业,取消其补贴资格乃至公告,逐出新能源汽车市场。否则,整个新能源汽车产业的前景和成果都可能毁于一旦。

第三,余量设计。顾名思义,在设计中,留有设计余量是必要的。比如前文说的,如果BMS发生故障,有没有一套备用的系统可以暂时保证系统的安全。这套备用系统不一定能BMS的完整功能,但是起码要保证安全。

当专注于热设计的温差、均温的时候,却忽略了相反的一面风险,哪就是“引火上身”。我们都亲眼目睹了充电时,着火的一辆车引燃旁边无辜车辆的景象,其实,电芯模组之间故障时,同样也是这个道理。系统、模组、电芯的隔热、隔火设计,就是为了避免、延缓事故的燃烧状态。目前,一般从系统层面,做了隔离措施,比如Tesla 的上盖板所做的隔火、隔热设计;目前最多设计措施还有模组之间的隔热设计;电芯的隔火国内产品很少,也只有Tesla 电芯之间使用云母片的隔火设计。

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第四,热管理系统。热管理系统,如果说是新能源汽车的安全命脉,应该不为过。电池的能量密度越来越高,对于热管理的要求,也越来越高。能量密度的提高,更会引发充电速度的提升,我认为起码一套水冷系统是必要的。

正视差距:你的温感布置是基于仿真和多轮测试的结果吗?

第五,故障逃生系统。无论什么原因造成的新能源汽车起火,都要给司乘人员留足逃生时间。尤其是三排座位的商务车或SUV,以及电动大巴。因此,对于故障,早预警;在系统中,起码要有延缓火势的设计,最大限度延长逃生时间。

如果不是一对一采集,势必会出现数值偏差和时间延迟问题。如何与电芯真实温度状态匹配?我想不是拍脑门能解决的问题。记得Leaf 的四个温感布置,当时还疑惑箱体内左、右两侧为什么没有对称布置?其实,背后大量的实验工作,已经证明,这四个点在具体的空间、各种工况,是最具代表性的位置。

第六,安全培训。简单说,就是告诉新能源汽车车主,如果发生事故,应该如何处理。比如要放弃财物,第一时间逃生,要和事故车辆保持的安全距离,要站在上风口等等。对于事故处置不当,也是造成人身伤害的重要原因。

正视差距:你的BMS对电芯的参数模型了解多少?

第七,严惩责任方,支持巨额索赔。除了人命,其他任何东西都可以拿钱来计算。有这样一个故事:福特汽车生产的一款汽车,它的设计安全隐患,但是如果增加16块钱成本,安全系数机会提高很多。福特公司知道这个情况,但他们算过一笔账,如果每辆汽车都加一块16块钱的挡板成本超过了他们对意外的赔偿,所以他们选择了赔偿。从这个角度理解,赔偿实际上是对产品成本控制的买单,所以把钱花在哪,估计得各大车厂好好算算账了。

很多情况,BMS对电芯参数的了解或电芯提供给BMS的数据是非常有限的,甚至是少的可怜的。除了上、下限电压、SOC对应电压状态,SOP功率状态边界都没有。更别说参数模型了。因为,电池厂家也没有完整的测试。这种粗狂的控制,带来的后果是严重的。BMS和电池的脱节已经不是新鲜问题了。

2018年,燃油车燃烧的事故也有不少,但是似乎不会像新能源汽车一样,有这么大的关注度。近期新能源汽车着火事件增多,和补贴政策提高能量密度要求,有直接相关性。根据相对安全的原则,这就意味着要有更加安全的保障措施;包括提高充电速度,也要有更加有效的温控系统。

正视差距:从企业、社会角度,我们的客户培训了吗?

但是,显然动力电池企业、新能源车企并没有这么做。他们如同省16块钱挡板的福特一样,计算了投入产出。如此,我们在呼吁动力电池、新能源汽车企业自身反省、改正的同时,更要呼吁主管部门,严惩粗制滥造导致的起火事件责任方,尤其对于造成人身伤害事故的的责任企业,取消其补贴资格乃至公告,逐出新能源汽车市场。否则,整个新能源汽车产业的前景和成果都可能毁于一旦。

记得在看一个着火事故的录像时,我发现一个现象:当车辆底部冒烟时,第一时间,乘客并没有迅速下车;或者下车了,在车旁边来回踱步,是哪样的茫然和不知所措。更有甚者,好奇的人们在围观。

他们没有意识到危险,可能就在下一秒。电池的爆燃,会伤及他们。我在前期的一篇文章中,列举过美国消防协会的培训:

“如果我的车着火了怎么办?NFPA 建议司机遵循以下三个步骤:

a) 停止。

b) 如果可能的话,靠边。

c) 关掉汽车。出去。

d) 在离车辆100英尺远,同时注意交通安全。

e) 拨打119求助。

f) 不要自己去灭火。”

PACK能力非电芯企业强项;PACK厂电芯品质失控,让整车厂困惑和心痛

通过仅十年新能源汽车发展的实践,,电池是新能源核心部件,已毋庸置疑。但是,作为整车的配套零件的电池系统,并没有像传统零件配套哪么简单。特别是电芯厂家,缺乏整车企业配套经验,即使这么多年的努力,仍然还是短板。这就是汽车技术的多年积累的原因。非短时间能培养起来的。

所以,整车厂捆绑和发展自己的pack厂,培育自己的BMS软硬件设计能力,再联合有实力,品质优良的电芯制造企业,将会成为一种新发展趋势。同时,加强对电池系统的掌控,也是在谋求更长远的发展。比如上汽集团的模式,值得学习。

电芯品质缺陷隐患、可以在充电过程中放大,充电只是“诱因”

我非常赞同王子冬专家这句话:“大部分着火是在充电过程中,或者刚刚结束充电后。保障动力电池充电安全性是件很麻烦的事,这里面有很多影响因素,有连接的问题,充电方式的问题,制造过程中是否有瑕疵的问题。在充电过程中会将许多隐患放大,导致事故,这点特别重要。”所以,电芯品质问题,在充电环节放大了隐患,充电只是一个诱因,而非主因。我们需要透过现象看本质。

圆柱电芯的上千颗应用,前题是有强大的BMS做支撑

其实,我们国内圆柱电芯的突然放大量应用,与Tesla的应用效应有非常大的关系。包括现在对21700电芯的推崇,我不反对,对任何先进技术的跟随和创新,但是,也需要站在国内实际情况看问题。不能盲目跟风。我们的BMS管理几千颗电芯的能力,还做不到Tesla的管理水平;热系统做到温差2℃还很困难。尤其是针对三元圆柱电芯,我们的技术驾驭能力还很有限。所以,我倒是建议,从稳定角度,BMS弱的情况下,还是多用方形或着软包电芯为上策。

锂离子电池的安全问题是可以解决的

leaf 在全球销量,2017年已超20万台,7年间没有听说一起严重燃烧事故; 同样是在路上跑的车辆,同样也有碰撞, Tesla 在短短5年时间,产量近10万台,已发生多起燃烧事故。我们抛开不同电芯正极材料的路线,其工程应用可是一致的。例如,Leaf的系统集成技术:电池箱体结构设计先进,抵御碰撞能力、密封设计都是一流的,就连一枚继电器放置的位置,都是非常有讲究的。技术的炉火纯青,大道至简,用在这里再贴切不过了。

更担心的风险,并不是着火事故,而是来自认识的羁绊、夜郎自大

一颗电芯的成果进步,是无法代表一个电池系统的水准高度,电池系统才是“应用主体”:工艺一致性、控制技术、热技术、结构技术、系统安全技术等,同样需要齐头并进。借用国家863电动车重大专项动力电池测试中心主任王子冬一句话:“通过项目的评价,学会对动力电池进行综合评价的方法,对项目做出科学的判断,特别要重视动力电池产品向国外学习,我们不能夜郎自大。”

小结

对于新能源汽车的发展,安全永远是第一位的。任何政策、标准、法规、设计、制造环节,都不能脱离这个原则和底线。电芯作为电池系统安全主体和基础,更需要向国外先进技术看齐,做车用级电池,充分实验。车辆工程面前,生命面前,电池没有等级之分。需要踏实务实,做好现在的工程,排除上路车辆的风险。

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