钜大LARGE | 点击量：1215次 | 2019年04月14日
动力电池安全性问题展开分析
国家863电动车重大专项动力电池测试中心主任王子冬先生做客北京前途·驿，为我们带来了一场关于“动力电池安全性问题”的公开课。在现场，王子冬先生就动力电池发展趋势、动力电池安全性以及动力电池安全性问题展开了分析。
动力电池发展趋势
据了解，18650是锂离子电池的鼻祖–日本SONY公司当年为了节省成本而定下的一种标准性的锂离子电池型号，其中18表示直径为18mm，65表示长度为65mm，0表示为圆柱形电池。
我们熟知的特斯拉ModelS所采用的就是18650圆柱形电池，虽然其在纯电动车领域很牛，但是其电池的安全性却是目前纯电动车所使用电池种类中最危险的，也是耐久性最低的。其的循环次数只有700次左右，而国内软包和硬壳方形锂电池达2000次之久。
不仅循环次数低，电池的放电功率也存在问题。特斯拉ModelS是一款主打性能的产品，对电池的放电功率要求较高。特斯拉ModelS的前电动机功率为193千瓦，例如其搭载的动力电池容量为10度，如果要想让这台电动机发挥出色的性能，那么其电池的放电功率将达到19.3C，这是一个非常可怕的数字。为了减小放电倍率，特斯拉通过增加电池容量来解决这一安全问题一。当电池电量达到100度时，放电倍率减小到了1.9C，这也是为什么更高性能的特斯拉所搭载的动力电池容量更高，是一种或不得已而为之的做法。
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%
还有一个缺点是18650圆柱形电池从单体到电池系统过程中衰减的问题。我们国内常见的特斯拉ModelS其电池单体到电池系统的衰减达57%。正是由于他的种种缺点，国内主流纯电动车都没有选用18650电池。
特斯拉虽采用最新21700电池其单体能量密度为280Wh/kg，然而系统能量密度只有150Wh/kg，这一衰减也达到了53.5%之多。然而软包和硬壳方形锂电池在这一过程中就有着巨大的优势，国内PACK做的较好的企业能够将衰减控制到20%以内。
除了受结构限特种致的问题以外，其安全性相比于软包和硬壳方形锂电池也更差。“最近，因为电动汽车安全问题引发的事故层出不穷，其中大部分都是18650的事情。因此动力电池未来的发展趋势会向方形硬壳和方形软包100Ah以上大容量电池发展。
动力电池安全性
王子冬讲到：这是一个敏感的话题，又是一个不能回避的话题。应该说我国动力电池行业经过十年的积累，已经有了非常大的提升，特别是对动力电池的理解和认识方面，应对当下纯电动车的使用是能够胜任的。
十年的积累和探索，现在的新能源汽车应该满足目前的推广的要求，但问题也开始显现出来，那就是技术这些年没有明显的进步。实际上，这些问题大家应该理解，一个是技术的进步不会像电子产品，6个月迭代，两年就完全颠覆了，汽车行业没有这么快的更新速度。现在的动力电池在材料上如果没有明显的技术突破前，比能量发展到一定水平后就很难再有进一步的突破，与此同时，在安全性方面的负面影响会越来越大。
因为我们在追求能量密度的同时，发现了一个怪圈。那就是能量密度越高，安全性越差。有人说能不能再保障能量密度高的情况下做好安全性呢？其实这是一个矛盾体，在这个矛盾体中我们只能尽量的追求一种平衡。
很多人曾问，为什么燃油车着火没有人关注，而电动车着火却被如此重视呢？这是因为目前我们还不能够掌握动力电池着火的规律，现在全世界没有人能够找出来某一次着火事故的真正原因因此，在我们没有掌握锂电池着火规律之前，把控能量密度与安全性之间和长寿命之间的平衡关系是我们不能忽视的问题，不能一味的追求某一个目标。
前途K50的动力电池就是找到了这个平衡点。并没有一味的追求更高的能量密度。而是选择在能量密度、安全性、高效及耐用性之间寻找最佳平衡。确保了动力电池组的电高安全、长寿命、高性能、轻量化、低能耗。
我们都知道前途K50是一台跑车，注重的是性能，但是其并没有将安全性和长寿命抛弃在脑后。
车辆在研发阶段进行了超大电流放电性能测试：模拟车辆BOOST模式下放电性能测试，车辆BOOST模式为5C放电，试验室采用5.5C放电工况，结果表明5.5C放电经过20000次循环后没有导致电池寿命衰减；5.5C放电经过30000次循环后会导致电池寿命衰减，在5.5C放电的情况下，可以支持驾驶员10年的使用（按每天10次，每年开车300天计算），5C可放电可以大大延长电池的寿命。
由此我们就可以看出，为了保障电池寿命，K50并没有采用更为极端的5.5C放电，而是在保证动力电池长寿命的前下，做出最强性能。
现在很多企业在追求更高的单体和系统能量密度，为了保障更多的能量供给，正负极的电解液都不能少，只能去压榨膈膜厚度。以前的锂电池隔膜厚度有40微米，现在仅有12微米左右，这层薄膜一旦破损，后果很严重。2016年三星Note7电池火灾就是由于隔膜太薄导致的。
目前三元锂电池理论的能量密度的极限在350Wh/kg-400Wh/kg左右，这里还有很多工程问题需要解决。因此如果没有在新材料上的突破，电池比能量可能在300Wh/kg-400Wh/kg之间徘徊。只有在实现工程技术突破的前提下，才有可能实现将单体电芯能量密度提高到500Wh/kg，才有可能将电池组能量密度提升至260Wh/kg以上。
然而各种材料的开发和运用都需要在1-2年，甚至更长。目前国家一年调整一次系统比能量密度的做法与动力电池系统开发周期不协调，带来的结果就是无法充分验证，导致了着火事故的频发。
EV世纪也采访了王子冬先生对于目前很多车企采用NCM811电池的看法。王子冬先生表示：在对电池系统验证不充分，以及在热管理系统技术不到位的情况下，这些车型就是自己之前所提到的行走中的定时炸弹，希望车企能够重视。
动力电池安全性问题
1、电芯制造过程中。在制造过程中对安全的要求非常高，做锂电池的工厂没有没出过事故的，这里面包括LG、三星都出过事。
2、电池组集成过程中。电池单体裸露在外面，组装成电池包时出的问题。
3、储存过程。电池生产出来为什么要储存，而不能直接给用户使用。因为锂电池的制造工艺要求太苛刻了，目前国内的水平，包括国际上的水平，这些大牌的企业都很难控制得万无一失。只有在搁置的过程中才会让不好的显现出来。好的企业10-15天，在这期间，小瑕疵是电池的电压衰减快一点，大的就是着火了。
4、运输过程中。一次事故是运电池的车下长坡，10-20公里，刹车系统温度过高把电池点着了。
5、使用过程。这个跟充电有直接关系，市面上所有的充电器原理全错了，这个原理有点像我今天早晨坐地铁，是靠后面推的方式逼得推进去。1970年发明的时候，叫摇椅电池，离子在正极和负极是来回移动。现在充电过程没有产生摇的还原法，要采用牵引式充电法，而不应该是推的方式充电。锂在元素周期表非常活跃，就像在挤地铁，大家都堵在门口，越挤越多，都堵在门口就形成问题。大家看到网上很多照片，都是充电的时候着火了。
6、回收过程中，问题更大，因为他会对环境造成污染。在回收的过程中电池中的有机溶剂很不好控制住，如果意外散发到环境中的话，会造成很大的污染。电解液遇到水泥，水泥就会被腐蚀，甚至连玻璃也会被腐蚀。
电解液的泄露还包括电池燃烧，目前我们还没有办法处理泄露到环境中的电解液，最好的办法就是让它全烧光。电解液里面含砩，是一种巨毒的化学物质，它经过的地方没有生命。
7、在电池所需材料提炼过程中，也会对环境安全产生极大地威胁，这是当下需尽快解决的问题。
前途K50安全性优势
众所周知，电动汽车上的动力电池组是一个非常复杂的能量系统，涉及面非常广，除了电池本身有关化学、材料、结构、生产工艺、生产设备以外，储能电池系统还涉及电池箱架布置结构、能量管理系统、散热系统、系统集成匹配、各种传感器、安全保护系统、系统一体化设计、系统可靠性、测试技术、试验及家属、日常维护调整、成本、回收等诸多方面，属于典型的多学科协调特种攻关项目。
而且在动力电池出生前就要考虑好：电池模块的可组装性设计、电池模块的可安装性设计、电池模块的可维护性设计、电池模块的可调整性设计、电池模块的回收可方便拆卸设计。这些设计非常重要，不要把电池都做出来再去解决这些性能。
在方面前途汽车就做的非常出色，首先其电池系统是由10个标准箱串联组成，每个标准箱都是一个单独的个体。结构和数量进行标准化设计，可根据客户需要进行组配，适用于不同车型。
电芯与电芯之间采用柔性物质连接，既可起到压紧电芯的作用，又可吸收“呼吸效应”产生的变形（约1.8%）。模组用金属带组合，具备合适的压紧力和柔韧度。模组的连接不采用螺栓，以避免螺接失效。
标准箱通过悬置装置固定，有效吸收路面振动，采用柔韧性金属带双重紧固，有效缓冲碰撞能量。
采用标准箱的另一个好处是，当车辆动力电池发生故障时，只更换发生问题的标准箱即可。大大减低了成本，同时也更利于后期的回收。其可调整行、可维护性、可安装性能和后期回收做的都非常出色。
在电池系统温控方面，前途K50采用主动液冷/液热温控系统：水路系统采用了并联回路设计，保证了每个标准箱都能够得到充分的热交换，最小化电芯之间的温度差，提升了温度一致性，环境温度0~45℃时系统温差小于3℃，环境温度-30~55℃时系统温差小于5℃；-30℃环境下，静置24h，热管理开启20min，百公里加速时间提升50%；45℃环境下，静置12h，热管理开启20min，百公里加速时间达到最优；水室设计经过CFD优化和台架测试，性能优异；根据电芯不同的温度状态，能够智能的选择强力和经济热管理模式，优化能耗；具备先进的充电保温管理功能，为车辆的运行提前做好准备。
此前王子冬先生曾考察过前途体系下的华特电动（集电动汽车动力系统及主要零部件研发生产与销售于一体的高新技术企业）之后评价称“前途汽车是现在中国电动车行业中，动力电池设计最安全的，没有之一”。作为中国北方车辆研究所动力电池实验室主任、国家863电动车重大专项动力电池测试中心主任。能对前途汽车给出这样的评价，足以证明其在新能源领域领先的地位。
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