国内企业该如何应对电池安全隐患？

近日,大众汽车与韩国电池供应商LG组成了一个特别工作组,并将保持较高的会面工作频率,以确保LG可以稳定的向大众汽车供应电池产品。大众汽车认为在电池供应过程中,由于使用了新的电池技术,在电池生产、电池封装等方面可能会存在安全隐患。

显然, LG作为全球技术领先的锂电供应商,并不能让大众对其产品安全性完全放心,尤其是当有新技术应用在产品上时。再结合最近一段时间频繁的汽车召回事件,不难发现,电池安全仍然是悬挂在全球范围内新能源车企心头的一把达克摩斯之剑。

而在国内,由于新能源汽车技术起步较晚,政策变更频繁,导致新能源车型一直不停迭代。缺乏了足够的验证,安全隐患更为突出。

据统计,进入2018年以来,国内大大小小电动车起火事故已经超过50起,而近一段时间高频率的电动汽车起火事件,让电池安全问题成为了整个行业的焦点,下到电动汽车消费者,上到专家学者、国家部委都发声强调安全性在新能源车中的核心地位。

电池事故无关技术路线

介于锂电安全的紧迫性,有一些专家甚至提出,动力电池发展应该舍弃三元而重回磷酸铁锂时代。这种观点其实就有些过犹不及了,熟悉锂电池热失控过程就应该明白,磷酸铁锂电池的安全性只是相对而言,做不好整体安全性的防护和设计,各种电池都面临着危险。

电芯的热失控过程大致如下:当电芯温度上升到一定程度(约130℃)时,负极表面的SEI膜就会开始分解导致高活性锂碳负极暴露于电解液中发生剧烈的氧化还原反应,产生的热量使电池进入高危状态。而当电池内部局部温度升高到200℃以上时,正极表面钝化膜分解正极发生析氧,并继续同电解液发生剧烈反应产生大量的热量并形成高内压。当电池温度达到240 ℃以上时,还伴随锂炭负极同粘结剂的剧烈放热反应。

由此可见,在锂电池的热失控中,直接原因是负极表面SEI膜的破损从而导致高活性嵌锂负极与电解液的剧烈放热反应,而正极材料的分解放热只是热失控反应其中的一个环节,甚至都不是主要的因素。

因此,所谓磷酸铁锂(LFP)因热稳定而更安全的说法其实很片面,磷酸铁锂的安全性只是相对而言,因此拿电池安全作为论据去评判磷酸铁锂及三元技术路线的做法有失偏颇。

一个摆在眼前的事实就是,随着美国A123的破灭,国际上几乎没有主流车企采用磷酸铁锂的技术路线。而分析分析国内电动汽车起火事也不难发现,不论是铁锂还是三元,都存在起火燃烧的案例,与其在技术路线上纠结不如找到电池安全隐患真正的元凶。

设计和品控才是电池安全的“幕后黑手”

事实上,电芯的失效只是整个电池系统安全隐患的一小部分。站在模组的角度,由于电芯结构、工作方式和环境等多方面的因素会使得电芯的安全隐患加倍的体现出来,因此动力系统的结构设计、控制系统、生产管控的严密性等等才是更加重要的部分。

前不久,某业内人士在对三辆发生自燃的电动汽车拆解后分析发现,涉事动力电池供应商和车企不重视安全,为了降低成本,对电芯品控不严、BMS设计要求太低、没有对动力电池包进行足够的安全设计保护。

显然,设计和品控才是造成这三辆事故车辆自燃的元凶,而类似案例绝不在少数。中国汽车技术研究中心主任王秉刚在接受采访时表示,我国电动汽车发生的一些安全事故,有些是很低级的错误,比如充电过程中没有保护,电充满后还继续充,一直充到电池包鼓包、着火。如此劣质的产品也通过了准入检测,要么说明准入时的不严格,要么说明没有按照要求来生产。

中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高在全球未来出行大会上也表示,近期新能源汽车起火的事件,其主要原因是产品质量问题,没有遵守技术规范和技术标准、技术验证周期的偏短等。具体体现在三个方面,一是,电池产品测试验证不足;二是,车辆使用过程中可靠性变化;三是,充电安全管理技术有问题。

其中,充电安全尤为重要,因为大部分安全事故都发生在充电时,此时电池与充电系统连在一起,是热失控最容易的时候,同时还有高压电器的短路等等,都会容易引起事故。本来国家对于电池管理系统是有一个ISO26262的执行规范,但大部分企业在设计时并没有严格执行功能安全的规范。

国内该如何面对电池安全隐患的?

归根结底,目前的电池安全问题还是出在电池结构设计以及产品质量把控上,而不是所谓的技术路线,而要把设计和品控也不是一件容易的事情。尤其是在政策强调能量密度、市场逼迫成本控制的两头挤压下,企业很难在两者兼顾下还能做好质量。

对此,欧阳明高的建议是不宜强行推行原有的产业化计划(2020年单体达到350瓦时/公斤,系统260瓦时/公斤,循环寿命2000次),同时,补贴政策要符合技术发展的规律,对能量密度的提升不宜过快、不宜更改过频。要留给企业充分的时间,快速提升产品质量,消除安全隐患。

中汽协常务副会长董扬也表示了类似观点,他认为,企业应成为电动汽车安全性的第一责任人,动力电池制造企业、电动汽车制造企业、充电运营企业都要更加重视电动汽车安全性,把安全性放在比能量密度、续驶里程、充电方便等更重要的位置。此外,各企业要加强合作,加强数据连通,形成合作分析事故原因、提高安全性的机制。

而在政府层面,应加强管理创新,建立保障电动汽车安全性的制度。一是保持电动汽车准入和补贴等技术指标的稳定性,不要频繁变动技术指标,如果变动技术指标,应给企业至少两年时间开发、设计、验证新产品。二是建立电动汽车安全性管理机制,一旦发生安全性事故,应及时组织专家分析、研究,搞清事故原因,提出可供全行业吸取教训的技术建议,严禁企业瞒报。三是针对电动汽车特点,建立周期性产品安全性检验制度。

值得一提的是,设计和品控能有效遏制锂电安全事故,但安全问题最终还是会回归到技术问题,电池产业发展越后期,电池安全就越变成一个瓶颈技术。比如十分钟充300公里以上的电的快充技术会对电池安全带来挑战,电压从300V提高到600V甚至800V,这些都与安全相关,也是今后纯电动汽车竞争的主战场。

因此,要解决安全问题,除了在产品质量上下功夫,全面提升现有锂离子动力电池系统安全技术,全力突破新型固态电池等技术也是重中之重。