電動(dòng)車(chē)自燃事件“常態(tài)化”? 動(dòng)力電池安全問(wèn)題凸顯
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),自2018年以來(lái),國(guó)內(nèi)發(fā)生的電動(dòng)車(chē)起火事故超過(guò)30起。“常態(tài)化”的自燃事件,使得行業(yè)開(kāi)始審視自燃事件背后的技術(shù)和質(zhì)量問(wèn)題,作為新能源汽車(chē)核心之一的動(dòng)力電池難辭其咎。
對(duì)電動(dòng)車(chē)起火“常態(tài)化”背后的原因進(jìn)行梳理,發(fā)行大部分事故最終都指向了動(dòng)力電池,既有電池本身環(huán)節(jié)的質(zhì)量問(wèn)題,也有使用環(huán)節(jié)的不當(dāng)操作。
電動(dòng)車(chē)起火原因有哪些?
根據(jù)對(duì)2017年以來(lái)新能源汽車(chē)的起火事故統(tǒng)計(jì),從場(chǎng)景來(lái)看,起火的第一場(chǎng)景是充電,充電中和充滿(mǎn)電之后發(fā)生安全問(wèn)題,大概占50%;第二場(chǎng)景是停放,部分新能源汽車(chē)在購(gòu)臵后使用率偏低,或者是即將報(bào)廢車(chē)輛在沒(méi)有拆除電池包的情況下長(zhǎng)期擱置停放,約占20%;第三場(chǎng)景是行駛,約占10%。
起火事故的原因之中,電池自燃占比事故原因的31%。自燃的原因是由于鋰電池發(fā)生內(nèi)部或者外部短路后,短時(shí)間內(nèi)電池釋放出大量熱量,溫度極劇升高,導(dǎo)致熱失控。
進(jìn)一步分析來(lái)看,造成的主要原因之一是電芯產(chǎn)品問(wèn)題。在電芯生產(chǎn)制造過(guò)程中,個(gè)別產(chǎn)品雜質(zhì)、毛邊等質(zhì)量控制未能符合要求,經(jīng)過(guò)多次充放電循環(huán)過(guò)程形成析鋰導(dǎo)致內(nèi)部短路,最終發(fā)生熱失控、熱擴(kuò)散。部分企業(yè)為獲得補(bǔ)貼盲目追求高比能量,縮短電池產(chǎn)品測(cè)試驗(yàn)證時(shí)間,技術(shù)驗(yàn)證周期偏短導(dǎo)致了技術(shù)驗(yàn)證不足、工程解決方案不成熟,是造成產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的主要原因。
除此之外,電氣連接失效和碰撞等機(jī)械傷害也會(huì)引發(fā)新能源汽車(chē)起火。在汽車(chē)使用的長(zhǎng)期過(guò)程中,部分產(chǎn)品使用壽命無(wú)法充分滿(mǎn)足要求。例如某車(chē)型動(dòng)力電池經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用后,螺栓松動(dòng),局部電阻較大開(kāi)始發(fā)熱,成為安全隱患。而碰撞是觸發(fā)動(dòng)力電池?zé)崾Э氐牡湫头绞健蝹€(gè)電芯或模組發(fā)生熱失控,會(huì)進(jìn)一步傳導(dǎo)至其他電芯、模組和電池包。目前動(dòng)力電池有關(guān)隔熱、阻斷的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步提高。
如何提升電池安全性?
提升安全性有三個(gè)維度,一是材料維度;二是生產(chǎn)過(guò)程維度;三是電芯集成維度。
材料維度上,從對(duì)熱失控過(guò)程中各反應(yīng)的溫度和反應(yīng)焓的統(tǒng)計(jì)來(lái)看,針對(duì)負(fù)極材料、正極材料、電解液的改善途徑有一定差異。例如,盡管負(fù)極SEI膜分解反應(yīng)熱相對(duì)較小,但其反應(yīng)起始溫度較低,會(huì)在一定程度上增加負(fù)極極片的“燃燒”擴(kuò)散速度。更重要的是,SEI膜分解反應(yīng)直接決定了電池的高溫存儲(chǔ)性能,因此,改善SEI膜的熱穩(wěn)定性十分必要,改善的途徑主要是通過(guò)成膜添加劑或鋰鹽增加其熱穩(wěn)定性。
生產(chǎn)過(guò)程維度上,鋰離子電池制造工藝復(fù)雜,工序繁多,包括合漿、涂布、輥壓分切、制片、卷繞、組裝、注液、化成和分容等。制造過(guò)程的各個(gè)工序都影響著電池的性能,各工序的誤差累積是造成單體電池性能差異的主要來(lái)源。
鋰離子電池制造過(guò)程復(fù)雜,每個(gè)工序的誤差累計(jì)成最終電池性能差異,因此過(guò)程控制十分重要。對(duì)每個(gè)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化可提高產(chǎn)品一致性,其中影響較大的步驟包括電池漿料分散是否均勻、極耳、蓋板等處的焊接質(zhì)量以及注液過(guò)程的精度控制等。此外,采用自動(dòng)化程度高及精度高的生產(chǎn)線(xiàn),不僅可以提高勞動(dòng)效率、改善工人勞動(dòng)環(huán)境,還可以節(jié)約材料、降低能耗并且大大降低生產(chǎn)過(guò)程中由于人為接觸造成的污染和人為操作的隨機(jī)性導(dǎo)致的電池不一致,從而提升產(chǎn)品品質(zhì)。總之,提高電池一致性從根本上要提高制造工藝水平。
電芯集成維度上提升安全性主要是提高電池管理系統(tǒng)的水平(BMS),BMS可以準(zhǔn)確估測(cè)SOC,進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè),實(shí)時(shí)采集電池的端電壓、溫度、充放電電流,防止電池發(fā)生過(guò)充或過(guò)放現(xiàn)象,并對(duì)電池組進(jìn)行均衡管理,使單體電池狀態(tài)趨于一致,從而能在電池使用過(guò)程中改善電池組的一致性問(wèn)題,提高其整體性能,并延長(zhǎng)其使用壽命。
以上數(shù)據(jù)及分析均來(lái)自于前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2018-2023年中國(guó)動(dòng)力鋰電池行業(yè)市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報(bào)告》。
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