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鋰離子電池的安全性必須高度關(guān)注

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1147次  |  2018年12月06日  

最近,杭州一輛電動(dòng)出租車(chē)發(fā)生燃燒,車(chē)輛燒毀。這件事對(duì)全國(guó)震動(dòng)很大,特別是在汽車(chē)行業(yè)大力推廣電動(dòng)車(chē)的形勢(shì)下,電動(dòng)車(chē)的安全問(wèn)題就凸現(xiàn)出來(lái)。


有人認(rèn)為,電動(dòng)車(chē)發(fā)生燃燒是偶然事件,一般汽車(chē)也常發(fā)生自燃現(xiàn)象。


一般來(lái)說(shuō),在正常情況下,鋰離子電池是安全的,汽車(chē)的自燃也是因?yàn)槭褂弥械囊恍┮蛩卦斐傻模ǜ邷?、污物、漏電、漏油等),鋰離子的安全也受到使用中不利因素的威脅。


現(xiàn)在認(rèn)為,動(dòng)力電池出現(xiàn)安全問(wèn)題的概率是百萬(wàn)分之一到千萬(wàn)分之一。電動(dòng)車(chē)還少的時(shí)候這個(gè)概率并不起眼,但車(chē)輛數(shù)量多了后就會(huì)險(xiǎn)象環(huán)生,并且電池使用期限內(nèi)時(shí)間越長(zhǎng)安全性就越差。企業(yè)面臨的困難在于千萬(wàn)分之一概率發(fā)生的問(wèn)題,很難用幾十輛樣車(chē)和幾萬(wàn)公里的測(cè)試進(jìn)行檢驗(yàn)而得出安全性結(jié)論。在新能源車(chē)推廣過(guò)程中,若動(dòng)力電池頻繁地發(fā)生安全事故,勢(shì)必對(duì)電動(dòng)車(chē)的推廣造成極大負(fù)面影響。


另一方面,從電池技術(shù)來(lái)講,鋰離子電池的安全型仍然有待提高。第二十五屆世界新能源汽車(chē)大會(huì)期間,比克電池有限公司首席技術(shù)官毛煥宇和湖南科力遠(yuǎn)新能源公司首席科學(xué)家宋立發(fā)認(rèn)為鋰電池的安全性仍有待提高。鋰電池起火、燃燒甚至爆炸的隱患目前仍無(wú)法完全消除。


之所以要高度關(guān)注鋰離子電池的安全性,是由于這種電池自身特性所決定的:


1、鋰離子電池能量密度很高,一個(gè)體系能量?jī)?nèi)能量越大就越危險(xiǎn),如果發(fā)生熱失控,就會(huì)瞬間釋放出巨大的熱量,導(dǎo)致燃燒甚至爆炸。


2、鋰離子電池采用有機(jī)電解質(zhì),本身是易燃物,存在氧化的隱患。


3、過(guò)充會(huì)使正極材料發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化,可能導(dǎo)致內(nèi)部短路、過(guò)熱等。有的試驗(yàn)指出電壓5V以下,電池表面溫度是40攝氏度,5V是50度,5.5V是100度,12度時(shí)達(dá)到550度,起火爆炸。在試驗(yàn)中,過(guò)充25次以?xún)?nèi),電池未出現(xiàn)險(xiǎn)情,過(guò)充50次以上都會(huì)發(fā)生燃燒。


4、鋰離子電池組要求各電池單體的容量、內(nèi)阻、放點(diǎn)平臺(tái)匹配一致,還要考慮電池組的平衡與熱管理,如果單個(gè)電池出問(wèn)題,打破平衡,也會(huì)導(dǎo)致不良后果。2006年前后,這個(gè)問(wèn)題在筆記本電腦中曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò),全球大約召回了上千萬(wàn)臺(tái)筆記本電腦電池,筆記本電池組只有4-8個(gè)單體,汽車(chē)動(dòng)力電池需要數(shù)百個(gè)單體,其管理難度很大,一致性要求更高。


5、有的研究報(bào)告指出,鋰離子電池的安全性問(wèn)題多發(fā)生在后續(xù)循環(huán)使用中,多次循環(huán)以后,電池的熱失控溫度閥值降低,失火的危險(xiǎn)性增加。


6、鋰離子電池對(duì)材料、工藝的要求極為嚴(yán)格,有的筆記本電池著火就是因?yàn)闃O片上沾有碎屑,有的是因?yàn)楦裟ず穸炔痪鶆颉?/span>


鋰離子電池要求的使用條件很難保證。比如說(shuō)要求環(huán)境溫度不超過(guò)55攝氏度,不能擠壓、難以承受大的沖擊、不能有劇烈的震動(dòng)等等。動(dòng)力電池箱盡可能布置在車(chē)輛碰撞的非變形吸能區(qū)域內(nèi),避免動(dòng)力電池在碰撞中發(fā)生擠壓變形。動(dòng)力電池箱的固定方式盡量采用與車(chē)身縱梁等穩(wěn)固件連接;單體電池采用獨(dú)立穩(wěn)定的整體框架式結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定。


電動(dòng)汽車(chē)國(guó)內(nèi)外主要法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)是美國(guó)的FMVSS305,中國(guó)的GB/T18384.1-2001和GB/T19751-2005,歐洲的ECER100等,但是主要是對(duì)電動(dòng)車(chē)車(chē)輛結(jié)構(gòu)和功能方面要求,而對(duì)于碰撞試驗(yàn)方面沒(méi)有詳細(xì)規(guī)定和要求,國(guó)內(nèi)類(lèi)似的試驗(yàn)也相對(duì)比較少,沒(méi)有規(guī)定具體的試驗(yàn)程序和試驗(yàn)方法。電動(dòng)汽車(chē)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是車(chē)內(nèi)裝有高電壓的動(dòng)力回路,由數(shù)十塊,甚至幾百塊儲(chǔ)能單元(如單體電池)串聯(lián)或者并聯(lián)組成的儲(chǔ)能系統(tǒng)(如動(dòng)力電池組)的電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)安全電壓,所以相對(duì)傳統(tǒng)汽車(chē)來(lái)說(shuō),電動(dòng)汽車(chē)對(duì)碰撞安全性提出了新的更高的要求。電動(dòng)汽車(chē)碰撞試驗(yàn)不同于普通的汽車(chē)碰撞試驗(yàn),在電動(dòng)汽車(chē)碰撞試驗(yàn)中涉及各種類(lèi)型的動(dòng)力電池,以及動(dòng)力電池在車(chē)輛中的放置位置,不同的擺放位置將直接影響動(dòng)力電池在進(jìn)行汽車(chē)碰撞試驗(yàn)過(guò)程中的危險(xiǎn)性。如果電池箱受到撞擊被破壞,動(dòng)力電池就有可能產(chǎn)生爆炸,起火,威脅試驗(yàn)人員和設(shè)備的安全。


2010年,香港理工大學(xué)曾經(jīng)展示了用于電動(dòng)車(chē)的撞擊模擬中心,他們指出,電動(dòng)車(chē)與傳統(tǒng)的柴油、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車(chē)構(gòu)造完全不一樣,在整車(chē)設(shè)計(jì)、材料質(zhì)量、技術(shù)規(guī)范等方面都是全新的領(lǐng)域,以前為提高碰撞的安全性,傳統(tǒng)汽車(chē)要考慮車(chē)身、發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu);但以后的電動(dòng)汽車(chē)結(jié)構(gòu)在發(fā)生改變,電池在底盤(pán)或在后面。這也導(dǎo)致整個(gè)汽車(chē)結(jié)構(gòu)就變了:傳統(tǒng)汽車(chē)前面非常重,車(chē)的前部要有一定的距離,前車(chē)身放置驅(qū)動(dòng)裝置;但是將來(lái)電動(dòng)車(chē)會(huì)有所改變,電池不能放在車(chē)前面,否則這個(gè)車(chē)身太重,電池有很多是放在車(chē)身底下,而相應(yīng)的汽車(chē)安全標(biāo)準(zhǔn)和碰撞要求也應(yīng)該隨之改變。

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