钜大LARGE | 点击量：485次 | 2023年07月17日
新能源汽车着火事故警示录：做真正意义的车用级电池
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。
人命关天的事，没有小事，再次印证了汽车工程高安全需求
作为国家层面、工程技术人员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："有关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。
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。
纵观锂离子电池发展历史，只有认真面对和解决，才能给新能源发展注入新的活力
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
首先严格意义上讲，锂离子电池有别于现在广泛应用的锂离子电池。我们来重温锂离子电池发展历史："上个世纪80年代，加拿大moilenergy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年发生了持续的爆炸事故。导致大面积召回，该公司从此一蹶不振。"
"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。"
通过这段文字描述，可看出锂离子电池的共性问题，析理同样是作为其化学特性存在的。这也是为何静置的车辆、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防止其发生或控制在安全范围之内的。
丰田对电池事故最到位的总结：过充、外短路、碰撞、内短路
1、关于过充：系统层面，采用双检测系统，对电芯、模组电压进行检测。
2、关于外短路：系统层面，关断系统、主回路保险丝。
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。
4、碰撞防护：通过车身、电池包结构强度来实现。
5、电芯内短路：系统层面是毫无应对方法的。电芯层面，通过材料、隔膜等防内短路措施（HRL：Heatresistantlayer）
图1：过充、短路导致热失控
图2：析锂出现的枝晶，可以刺破隔膜
丰田把电芯"内短路"故障排在最后，个人主观分析：关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，关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。
电芯的品质、一致性、稳定性，仍然是着火事故直接原因之一
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。
从成本的角度，管理的角度，都是要大力气的投入。在早期，国内有些有远见的公司，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。
图3：丰田的测试和车间
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，假如选用圆柱电池，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。
图4：着火电芯状态
做真正意义的车用级电池，这是保证车辆安全的底线
国内电芯公司，决大部分都是短时间成长起来的，和松下这样的老牌公司是无法相比的。同时，汽车工程对安全的要求，关于没有行业相关经验的公司，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，整车公司，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。
技术角度，针对车用级需求，也有明确的要求：在国标中，GBT31485-2015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，假如上限电压是4.2V,哪么，实验测试电压应该是6.3V。
图5：GBT31485-2015
从电化学角度，"过充"也是一个厂商产品能力和技术实力，如同快充能力，也是能设计出来的。
恶性价格竟争，电芯以次充好
在设计过程中，经常用1Wh多少钱作为市场潜在的成本标准。更加有甚者，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。我们国内的公司不论从质、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。
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。
BMS不是万能的，在电芯内短路面前，也是束手无策
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。
实现电池的多元应用；三元材料电池难过针刺实验是现实
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，各个厂商逐渐会从"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"。市场要的是安全的产品。还是市场说了算的。
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，为何丰田的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。
如同当年，我一直主张，钛酸锂离子电池做为燃料动力电池车辆辅助和储能电池相同，安全永远是第一位的。
正视差距：你的产品做了隔热、隔火设计吗？
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，就是为了防止、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。
正视差距：你的温感布置是基于仿真和多轮测试的结果吗？
假如不是一对一采集，势必会出现数值偏差和时间延迟问题。如何和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、右两侧为何没有对称布置？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。
正视差距：你的BMS对电芯的参数模型了解多少？
很多情况，BMS对电芯参数的了解或电芯供应给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，电池厂商也没有完整的测试。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。
正视差距：从公司、社会角度，我们的客户培训了吗？
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。更加有甚者，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：
"假如我的车着火了怎么办？NFpA（美国消防协会）建议司机遵循以下三个步骤：
a)停止。
b)假如可能的话，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能力非电芯公司强项；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。特别是电芯厂商，缺乏整车公司配套相关经验，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公司，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。保障动力锂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，和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，同样要齐头并进。借用国家863电动汽车重大专项动力锂电池测试中心主任王子冬一句话："通过项目的评价，学会对动力锂电池进行综合评价的方法，对项目做出科学的判断，特别要重视动力锂电池产品向国外学习，我们不能夜郎自大。"
小结
关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。要踏实务实，做好现在的工程，排除上路车辆的风险。
