電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
進入十月份,美國特斯拉純電動車的接連著火事件,讓部分人士對這家大洋彼岸汽車公司的質疑仿佛找到了證據。受起火事故影響,特斯拉股價已經大幅下挫近30%。十一月八日,一位股民更是將特斯拉公司訴至法院,指控特斯拉公布錯誤和誤導性陳述,認為特斯拉對產品存在的安全隱患有所隱瞞,涉嫌證券欺詐。
電池著火、外界質疑、股票下降,一致被熱捧的特斯拉仿佛遇到了大麻煩。特斯拉老總穆斯克對外表示,發生著火事件是由于外力因素造成的,和車輛本身沒有關系。同時他堅稱,公司肯定不會召回電動車,因為沒有召回的理由。
在質疑特斯拉的同時,人們又一次開始討論純電動車電池的安全問題:電動車發生事故后著火是否普遍現象?在尚未得到普及前,這一安全隱患能否找到徹底處理的方法?電池著火的根本原由又有哪些?這一系列問題能否得到答案,再次成為純電動車市場化道路行進中的絆腳石。
火烤還是火考
十一月五日,位于北京的特斯拉在華首個展廳客如云集,店內工作人員已經開始向預訂者發號,最早預付25萬元訂金的客戶有望在明年第一季度提車。有人推算了一下特斯拉在我國的售價,大概在100萬-150萬元。火熱的跡象聲明特斯拉在我國的起步無疑是非常成功的。
然而事情總會在不經意間走向另一個方向。不到兩個月內就發生了三起特斯拉ModelS電動車起火的事件,使得人們開始質疑它的底盤設計是不是存在問題。十月中旬ModelS在美國田納西州莫非斯堡附近起火,而在這起著火事故的幾天前,在西雅圖附近遭遇同樣悲劇,發生ModelS第一起起火事件,兩次起火都是撞到了道路上的碎片,導致電動車底部分明脆弱的電池包被穿透引發起火。
就事故車輛著火原由,特斯拉CEO艾隆•穆斯克在博客上做知道釋:ModelS當時和大塊金屬物件相撞。在相對運動中,物件鉆入車底,通過杠桿效應刺穿ModelS車身,形成一個直徑達3英寸的孔洞,而保護汽車機身的車殼厚度惟有四分之一英寸,無法阻止高達25噸的穿透用途力。在猛厲撞擊下鋰電池起火。
國家863電動車重大專項動力鋰離子電池探測中心主任王子冬關于穆斯克所說的25噸的穿透用途力表示懷疑,事故本身很難重現,關于25噸的穿透力是要怎么樣得出的,在穆斯克的相關言論中真沒法筆直推導出。另外,撞擊到底損壞了幾個電池倉穆斯克也未說明,從火勢看撞擊還是比較嚴重。究其原由我認為仍是外力造成了電池短路,繼而導致車輛著火。
關于這一觀點,招商證券汽車首席分解師汪劉勝接受采訪時卻表示:外界今朝都沒有掌握特斯拉著火車輛的調查數據,這些事故到底是否電池短路引發的火災還沒有得到證實。
沒能包住火的防線
作為電動車的核心部件之一,特斯拉的電池系統一度遭到質疑,國內外很多業界專家稱其電池技術老舊、無核心競爭力。原由在于特斯拉是唯一一家采用18650型鈷酸鋰電池的公司,所謂18650指的是電池直徑為18mm,長度為65mm,常被用作筆記本電腦的電芯,曾被外界一度認為難登電動車的大雅之堂。
18650電池外電壓但凡低于2.7V或高于3.3V,都會出現過熱的癥狀。倘若電池包較大且組內溫度梯度控制得不好,就會存在很大的起火風險,十一月十五日,王子冬向記者分解稱。
特斯拉研發階段始于2006年,當時的車用鋰電池還處于萌芽狀態,在當時的環境下,特斯拉選擇18650電池也是權益之計,一位接近特斯拉的人士告訴記者,加之特斯拉成立初期,松下也是其緊要股東之一,在尋求資金注入的初期,這也是特斯拉選擇松下18650電池的原由之一。
為知道決18650電池的高溫不穩定性,特斯拉研發團隊在電池控制系統上開始尋找處理問題的方法。首先特斯拉將電池做到最小分析,以求達到電池最大的穩定性。為知道決電池過多造成的車身過重的問題,特斯拉也特意選用了蓮花汽車重量最輕的車身結構,同時,特斯拉在電池安全控制系統的投入也達到了整車成本的25%。
電池技術的關鍵恰恰就是電壓電流和熱量控制,特斯拉的電池管理系統做的是不錯,但這就好比給一個病人穿上盔甲,骨子里不行,盔甲再厚也沒用,十一月十四日,汽車電子控制技術國家工程試驗室一位主任級教授向記者透露。
短路=電動車命門?
記者查閱了過往多起國內純電動車著火事故。2011年四月,杭州市眾泰純電動車發生自燃;2012年五月二十六日,在深圳市濱海大道紅樹林段發生了一起致3人死亡、車輛燒毀的重大交通事故。在這些事故后期的調查報告中顯示,發生燃燒的電動車原由都是由于電池出現不同原由短路導致車輛燃燒。
除了目前外界所知的這兩起電動車自燃事故之外,還有一起公眾不太熟知的事故。據烏魯木齊市消防支隊高級工程師賈廣華發表的《純電動公交車自燃火災事故調查》,2010年一月,烏魯木齊就發生了兩輛純電動客車自燃事故。
國內某家動力鋰離子電池加工公司負責人向記者透露,鋰電池因技術路線不同,在全球范圍內也有不同的發展方向。雖然公司之間的電池和電控系統都不盡相同,但不管是磷酸鐵鋰電池還是三元電池都沒有從本質上處理電池的安全性問題。因為從原理來講,包括能量密度、放電功率以及電池包的包裹性和使用過程發生碰撞所發生的高壓電伏,都是威脅電動車安全性能的緊要因素,但到今朝為止,世界上還沒有任何一項技術能從根本上系統地處理好這些問題。
清華大學汽車工程開發研究院常務副院長宋健在接受記者采訪時也曾表示,處理電池短路無非就是降低電壓、提高電流,使用更粗的保險絲。但是這一策略在一些電線插頭或者其他固定型電池上還可以使用,像車用電池這樣龐大的電池包,不可能將所有的電池加上保險絲或者降低電流,而且電池柱正負極之間也無法添加保險絲,所以短路的問題目前不好處理。
特斯拉花巨資研發出來的電控系統,今朝看來也只能是在電池燃燒后,確保燃燒面積不再過快蔓延,可以說最終也只能起到被動安全的用途,采訪即將結束時王子冬再次強調,這說明再強大的電控系統只能起到一個緩解燃燒蔓延的用途。電池本身意外短路難題不攻克,電動車發生意外短路致使燃燒的事故將有可能再次上演。
專家言論
可預測性是處理電池短路的難題
目前幾乎所有具備加工資質的電動車公司的產品,在出廠之前都曾對車用電池做過擠壓、穿刺、火燒等數十項極限探測,都沒有發生起火燃燒現象。但探測項目再全面,也不可能把所有事故事先再現。
例如之前杭州自燃的眾泰電動出租車電池,事先曾在動力鋰離子電池探測中心做過苛刻的火燒實驗,不停地燒了2小時50分鐘才被點燃,沒想到仍未戒備自燃的發生。所以車用電池短路的隱患有很大的不可預測性:可能是撞擊造成外電路短路,保護系統來不及啟動;也可能是受外力導致電池正負極連接發生短路著火,例如這幾次特斯拉的著火事件。
國家863電動車重大科技專項王秉剛
不要對電動車形成唱衰思維
倘若是因為不可預見的外力撞擊,我們應當對電動車的起火持寬容態度,盡管它們作為電動車的先期產品,注定要承受種種的質疑和誤解。就像之前比亞迪e6出租車被撞相同,對方接近200公里時速飆車本身已經嚴重違法,被撞的即便是傳統汽車也會車毀人亡。
每一次著火事件總會引起人們對電動車安全性能的質疑,這是人們過往對電動車的一種慣性思維模式。長遠的戰略眼光看,國家已經把發展純電動車放在了戰略重點來布局,影響純電動車普及競爭的瓶頸也會逐步處理,電動車在實際運營中電池、電機和電控系統的性能安全問題,這些都要相當長的時間過程來逐步完善。
清華大學汽車工程開發研究院常務副院長宋健
技術有瓶頸的汽車產品別太著急投放市場
純電動車在當前的環境下還不適于大規模推廣使用,畢竟很多技術今朝還處于研究的階段。我覺得不能大規模使用原由有幾點:首先車用電池安全性還沒有完全處理,第二個是車用電池的能量比,功率比今朝還不適合于在汽車上使用。比如說像比亞迪,它一旦裝600到800公斤電池,車輛重量就新增了40%左右,這樣的話安全隱患會很大,因為這么多的電池,這么多的電池就不容易布置在很安全的地方。
另外,純電動車要很高的電壓支撐,不要以為在電控系統上做了絕緣保護就不會出現安全問題。一旦撞了車,誰敢保證它的線頭會不會搭在汽車上,坐在車里的人可能沒撞死,卻被電死或者燒死。這里面有一系列安全性的問題要去攻克。
清華大學汽車安全與節能國家重點試驗室副主任陳全世
電池安全應借鑒傳統汽車油箱保護的設計
最近幾年,國內外電動車實在都出現了一些燃燒事故,大家都在沉思究竟該不該做電動車。第一是前年杭州眾泰的電動出租車發生事故;第二個是上海的純電動公交車在825路上發生火災;加上最近特斯拉的著火事件。
通過以上事故可以看出電動車安全隱患的緊要部件是動力鋰離子電池系統,包括單體電池、電池模塊、電池箱以及管理系統、充電系統、高壓動力線。可以說能源系統是最危險的。
要認識到電池包像汽油箱那樣是一種含高能物質的部件,具有著火、燃燒,甚至爆炸的可能性。鋰電池中的電解液是一種易燃的溶劑配制而成的,正負電極上的氧化劑和還原劑只隔一層約20微米厚的薄膜。在達到一定溫度時,氧化劑和還原劑均易與電解液發生大量生熱的化學反應,何況車用電池包又是在高電壓、大電流下運行。
因此,電池本質上具有危險性。電動車在設計中要把電池包放在最安全的位置上。這方面我覺得我們可以學習傳統燃油車,傳統汽車的汽油箱是最危險的,但汽油車撞擊著火的事故并不是很多,原由在于把汽油箱放在最安全的地方,上面還放著備胎。因此電動車在設計的時候不要把工作只交給電池廠,整車廠也要參與。
招商證券首席汽車分解師汪劉勝
特斯拉著火事件結論不要下太早
與目前電動車行業普遍采用大型鋰電池相比,特斯拉采用的小電池無論是制造成本還是未知安全風險都相對較低。原由在于成熟的小型電池可采用高能量比正極材料,電池容量高、電池包重量輕且續航里程高。
大家可以從特斯拉著火視頻畫面中看到,特斯拉在電池發生燃燒后,火勢被限制于車體駕駛艙前部,并沒有造成整個車體燃燒。同時特斯拉產品在之前美國國家高速公路交通安全署(NHTSA)這個號稱全球最苛刻的安全碰撞實驗中,也獲得了五星安全評級。這聲明它在目前車用電池和電控上做的不錯。
另外,外界今朝都沒有掌握特斯拉著火車輛的調查數據,這些事故到底是否電池短路引發的火災還沒有得到證實。所以在美國國家高速公路交通安全署的調查報告出具前,我們不必過早的對特斯拉乃至電動車行業的安全問題做出決斷。
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