安全是1 性能是0 电池安全任重如山

自燃、涉水、碰撞爆炸,夏日的高温多雨让电动车的安全问题无处遁形。

安全是1,性能是0,没有了1,再多0也枉然。

一系列触目惊心的起火、爆炸案例的发生,不禁让人发问,为什么会起火?电池没有安全标准吗?如何避免起火?起火了要如何维护自我权益。

接下来,我们一起剖析。

为什么会起火

电动汽车的起火,不管是自燃还是碰撞爆炸,都与电池密不可分,电池安全是电动车安全的基石,而电芯,电池包,电池控制系统则是影响电池系统安全的的三个重要部分。

“电池起火最直接的原因是“热失控”,什么是“热失控”?

一是当电池受到外力破坏时,电池内部的活泼碱金属(如锂)接触到氧气的一刹那会自燃。当一个电池发生自燃时,难免会引发相邻的电池损毁。当整个电池包内的压力得不到释放,自燃会发生爆燃。

二是所有电器最怕短路。当电池被外部短路时,正负极之间瞬间的超大电流也会引起局部过热,从而导致某个电池单体发生漏液、爆裂、自燃,并引发连锁反应,导致更多的电池损毁。

为了防止外部短路,在电池包的设计上会有很多安全设计,比如热管理系统、故障判别系统等,但是电池内部的短路是不可控的。电池生产厂家的品控和良品率高低,直接影响到电池的质量。三元锂电池如果经常用快充模式充电,经过长期的使用后,电池内部的正负极之间会化学生成“锂枝晶”,这种物质从电池内部的正负极两端同时向中间生长,渐渐刺穿电池内部正负极之间的绝缘膜,当这层膜被损坏后,电池内部的正负极间发生短路,电流瞬间暴增,从而引起电池的损毁,严重的会引起爆裂、漏液、自燃。

什么是“锂枝晶”,它为什么会导致电池短路?

除了电池的“热失控”,在bms电池管理系统中,也存在着大量的能量交换和转换,这种能量也是电流。严格来说,只要有电流的地方,如果发生短路那很可能引起电池、电控系统的热失控。但是相比电池来说,bms的热失控几乎不会发生,在设计上,bms内部有非常谨慎的逻辑判断和冗余系统,一旦发觉系统内部有短路产生,bms会自动断电。

以奔驰eqc的bms系统为例,当系统发觉短路发生时,会自动切断动力电池的高压电,但会保留低压电以便维持车辆的其他功能。当发生严重的短路时,低压电也会被切断,并且车辆不可重新启动,只能等救援。当然,这种情况不论是系统内部突发情况,还是碰撞发生时,这套bms系统都会执行同样的命令。

综上所述,“热失控”的解释就完全了,热失控的过程是不可逆的,一旦发生必将造成财产损失,甚至人员的伤害。

那么,有什么办法能减小“热失控”带来的损失呢?

目前,相比圆柱电池和固态封装片状电池,软包电池的安全性会更好。由于是软性材料封装,当电池发生“热失控”时,软性封装的外壳允许在一定程度上的膨胀,从而减缓电池的损毁,给车内人员留出充足的逃生时间。但是,注意,这也仅仅是留出更多的逃生时间,而不是说软包电池不会发生“热失控”。

而对于硬封装片状电池,为了防止一个电池热失控时影响到其他电池,在电池的上端设计了一个“定向爆破”的孔,一旦“热失控”高温火花甚至火焰,会通过这个孔向外释放能量,从而避免整个电池包的损毁和整车自燃。

我们在这里也提出一个呼吁,对于电池频道爆燃的现象,今后能不能强制在电池包中加入自动灭火装置,系统一旦发现局部温度过高,直接启动灭火装置。

对于最常见的电池热失控,这是一个快速、自动加热反应,会生成大量的电池热(最高可达500 ~ 700 ℃)、烟雾、粉尘和有毒气体。电池管理系统(bms)在探测此类事件中起着关键作用,其在某些情况下可以启动冷却系统的开关。但在车祸或火灾中,bms还是不能够达到控制热失控的作用。

而引起热失控,造车电池起火的诱因主要有三类:一类是机械类,比如电池包发生碰撞;一类是电化学类,最常见也是最危险的就是过充电;还有一类是热诱因,比如电池温度过高。

对于第一类,碰撞,其实任何汽车碰撞都会产生危险,在这一点上,纯电动车因电池组的结构,受到更多的关注,但是权威数据显示,目前并没有电动汽车因为碰撞引发电池爆炸的案例。

对于第二类过充,会引电池变形,影响电池蓄电质量,还会产生漏液,甚至爆炸。

防过充保护一般包括过充前和过充后保护,分别起着预防检测,和避免自燃等危害。过充前的饱和可通过电压探测和bms分级保护,在接近满电之前逐步降级进行涓流充电,防止过充的同时,让电池的电量更加实在。过充后的保护装置,可采用cid和防爆阀。cid是一个翻转片,当过充发生后cid可以通过铁片的翻转切断电流,从而保证安全。防爆阀的作用则是在电池过充后,将气体泻放到更大的空间,从而避免温度上升,或发生短路。

第三类,热诱因,对于这一类因素,与电池的组装结构密不可分。

纯电动汽车的里程焦虑催化了各大主机厂片面追求纯电动车“高续航里程”“高能量密度”,其实,电池安全性能否在追求能效极限的状态下得到保障,不仅关乎新能源电动汽车的品质高低之分,更是电动汽车的存亡之线。

汽车业内专家表示,应给主机厂当前研发新能源车的“疯狂”加速喊一声“暂停”,当前应先高度关注电动汽车在静置情况下产生的自燃问题,提升技术和安全水平。

安全标准

根据国家质检总局发布的《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》中,明确指出电池的安全合格指标,其中的验证方式也远远超出我们日常所碰到的条件。

与电池的组成成分相对应,电池安全标准也从电芯、电池包、电池控制系统三方面考虑,每一部分的设计都有相应的国家标准。比如gb/t31485-2015规定了动力电池单体和模组的安全指标,gb/t31467.3-2015规定了电池包的测试方法。

“理论上按照国家标准,是可以保证电池安全的,但现在的难题就在于电动车市场的发展才刚起步,大家的经验都不够丰富,还有很多极端情况、特殊情况可能没有遇到,所以安全标准也是要不断更新完善。”田伟东表示。

“动力电池的安全,是高压和化学安全的耦合,这导致高压的可靠性和化学安全结合以后形成比较大的安全隐患,中间包括了化学安全、高压安全、机械安全、功能安全和应用安全等多个层面。”宁德时代总裁黄世霖也曾在公开场合表示,动力电池的安全性是非常复杂的。当前业内,包括宁德时代等的制造商都在动力电池产品安全上追求零事故,除了生产和品质上的安全监控外,还通过远程监控系统实时收集使用数据,来减少事故。

如何维护自身权益

今年的3月14日,国家市场监督管理总局发布《家用汽车产品修理、更换、退货责任规定》(修订征求意见稿),意见稿将家用电动汽车的动力总成和主要零件纳入汽车“三包”责任,特别是电池或电机,如果发生严重质量问题可退换车。也就是说,电池、电机如果发生严重的问题,如电池起火等,车主可以要求退换车。

田伟东表示,“电动车自燃不管是对厂家,还是对新能源行业发展都有很大的负面影响,也需要国家出台相应的制度法规保障消费者权益。”