鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:897次 | 2019年01月20日
三元電池解禁可能性分析
工信部發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步做好新能源汽車推廣應(yīng)用安全監(jiān)管工作的通知》,同步發(fā)布《電動(dòng)客車安全技術(shù)條件》。通知指出,自2017年1月1日起,電動(dòng)客車安全國家標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)前,所有新生產(chǎn)的新能源客車暫按《電動(dòng)客車安全技術(shù)條件》的要求執(zhí)行?!峨妱?dòng)客車安全技術(shù)條件》從防水防塵性能、防火性能、可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、車載終端和遠(yuǎn)程監(jiān)控、充電安全、車輛碰撞防護(hù)要求、整車等方面對(duì)電動(dòng)客車提出具體技術(shù)要求,其中對(duì)可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)有“蓄電池單元熱失控試驗(yàn)”和“可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)熱失控?cái)U(kuò)展試驗(yàn)”等測(cè)試要求。業(yè)內(nèi)人士分析稱,按照本次發(fā)布的技術(shù)條件,在通過熱失控試驗(yàn)和熱失控?cái)U(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試的前提下,三元電池在電動(dòng)客車上的應(yīng)用或?qū)⒔饨?/span>
一、熱失控試驗(yàn)和熱失控?cái)U(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試
1.關(guān)于蓄電池單元熱失控試驗(yàn)
在《電動(dòng)客車安全技術(shù)條件》中,熱失控(thermalrunaway)的定義是”單體蓄電池內(nèi)放熱反應(yīng)引起不可控溫升的現(xiàn)象”。蓄電池單元熱失控試驗(yàn)的目的是對(duì)電動(dòng)客車車載可充電系統(tǒng)的核心化學(xué)危險(xiǎn)源進(jìn)行安全性評(píng)價(jià)與管控,測(cè)試對(duì)象是電池管理系統(tǒng)管理的最小蓄電池單元。蓄電池單元熱失控試驗(yàn)測(cè)試方法請(qǐng)查看《電動(dòng)客車安全技術(shù)條件》。
《電動(dòng)客車安全技術(shù)條件》對(duì)蓄電池單元熱失控試驗(yàn)的技術(shù)要求是:蓄電池單元按照熱失控測(cè)試條件進(jìn)行試驗(yàn),測(cè)試對(duì)象不應(yīng)發(fā)生起火、爆炸。
2.關(guān)于可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)熱失控?cái)U(kuò)展試驗(yàn)
在《電動(dòng)客車安全技術(shù)條件》中,熱失控?cái)U(kuò)展(thermalrunawaypropagation)的定義是“蓄電池包或系統(tǒng)內(nèi)部的單體蓄電池或單體蓄電池單元熱失控,并觸發(fā)該蓄電池系統(tǒng)中相鄰或其他部位蓄電池?zé)崾Э氐默F(xiàn)象”。可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)熱失控?cái)U(kuò)展試驗(yàn)的目的是在車輛的蓄電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控時(shí),確保車內(nèi)乘客的人身安全。
可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)熱失控?cái)U(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試對(duì)象為“整車或完整的車載可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)或包括蓄電池及電氣連接的車載可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)子系統(tǒng)。制造商如果選擇儲(chǔ)能系統(tǒng)子系統(tǒng)作為測(cè)試對(duì)象,則需證明子系統(tǒng)的試驗(yàn)結(jié)果能夠合理地反映完整的車載可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)在同等條件下的安全性能。如果儲(chǔ)能系統(tǒng)的電子管理單元(BMS或其它裝置)沒有集成在封裝蓄電池的殼體內(nèi),則必須保證電子管理單元能夠正常運(yùn)行并發(fā)送報(bào)警信號(hào)”??沙潆妰?chǔ)能系統(tǒng)熱失控?cái)U(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試方法請(qǐng)查看《電動(dòng)客車安全技術(shù)條件》。
《電動(dòng)客車安全技術(shù)條件》對(duì)可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)熱失控?cái)U(kuò)展試驗(yàn)的技術(shù)要求是:a)如果未發(fā)生熱失控,試驗(yàn)通過。為了確保熱失控?cái)U(kuò)展不會(huì)發(fā)生,檢測(cè)機(jī)構(gòu)需證明采用附錄C的三種觸發(fā)方法,均不會(huì)發(fā)生熱失控;b)如果發(fā)生熱失控,但是熱事故信號(hào)發(fā)出后5min內(nèi)沒有發(fā)生外部起火或爆炸,且沒有煙氣進(jìn)入乘客艙,試驗(yàn)通過。上述結(jié)論應(yīng)在不拆卸測(cè)試樣品的前提下通過肉眼來進(jìn)行判斷。
二、在技術(shù)上,三元電池能通過熱失控試驗(yàn)和熱失控?cái)U(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試嗎?
有國際電池行業(yè)資深人士向電動(dòng)汽車資源網(wǎng)記者表示,從原則上講,在材料設(shè)計(jì)和品質(zhì)控制、電池設(shè)計(jì)、pack設(shè)計(jì)、BMS系統(tǒng)等方面都做到極致,并且把電芯和模組的容量限制在一定范圍內(nèi),三元電池通過上述熱失控試驗(yàn)和熱失控?cái)U(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試的可能性是有的。
上述人士同時(shí)指出,三元電池要通過上述兩項(xiàng)測(cè)試,其難點(diǎn)在于如何設(shè)定滿充電的終點(diǎn),因?yàn)樵跓崾Э財(cái)U(kuò)展試驗(yàn)中規(guī)定,“試驗(yàn)開始前,測(cè)試對(duì)象的SOC應(yīng)調(diào)至大于電池廠商規(guī)定的正常SOC工作范圍的[90%或者95%]”。
另一位動(dòng)力電池行業(yè)專業(yè)人士向電動(dòng)汽車資源網(wǎng)記者表示,熱失控試驗(yàn)和熱失控?cái)U(kuò)展試驗(yàn)并不是新推出的測(cè)試方法,有知名動(dòng)力電池企業(yè)的三元電池一直在按照上述方法做測(cè)試,模組用硅膠或者全浸泡式可以通過。
然而,也有動(dòng)力電池廠家對(duì)“三元電池通過熱失控試驗(yàn)和熱失控?cái)U(kuò)散試驗(yàn)測(cè)試”持悲觀態(tài)度。“大客車上一般不用三元,我們也還沒實(shí)際測(cè)試過,理論上很難過?!蹦硠?dòng)力電池廠研發(fā)負(fù)責(zé)人向電動(dòng)汽車資源網(wǎng)表示。另外一位動(dòng)力電池廠家相關(guān)負(fù)責(zé)人表示,由于磷酸鐵鋰和三元電池在材料特性上的差異,與磷酸鐵鋰電池相比,三元電池通過上述兩項(xiàng)測(cè)試的難度要大。
當(dāng)放熱副反應(yīng)的產(chǎn)熱速率高于電池的散熱速度時(shí),電池內(nèi)壓及溫度急劇上升,進(jìn)入到無法控制的自加熱(即熱失控)狀態(tài),導(dǎo)致電池發(fā)生爆炸和(或)燃燒。可以說,熱失控是導(dǎo)致電池發(fā)生不安全行為的根本原因。高能量密度對(duì)熱失控有更高的要求嗎?2016年9月,在張家港舉行的2016中國新能源汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展高峰論壇上,有專家在回答主持人“高能量密度對(duì)熱失控有沒有更高的要求”這一提問時(shí)指出,其對(duì)很多電池做過安全性評(píng)估,最后發(fā)現(xiàn)的結(jié)論是電池的安全性和電池是什么材料做的沒有關(guān)系,而是跟廠家有關(guān)系,有一些廠家做的三元材料電池會(huì)比另外一些廠家做的磷酸鐵鋰電池還要安全。
也有業(yè)內(nèi)人士表示,無論三元材料電池還是磷酸鐵鋰,要做到熱失控不擴(kuò)散都有難度,三元材料電池面臨的難度比磷酸鐵鋰電池大,但也不是做不到。上述人士進(jìn)一步指出,動(dòng)力電池安全與電池電芯的選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱管理方案和能力、防火措施等各方面密切相關(guān),缺一不可。
三、“暫停三元電池在客車上應(yīng)用”事件回顧
(1)2016年1月,有關(guān)單位發(fā)布《關(guān)于對(duì)“暫緩在商用車上使用三元材料動(dòng)力鋰離子電池建議的函”征求企業(yè)意見的通知》。根據(jù)通知,建議工信部暫緩在電動(dòng)商用車上使用三元材料動(dòng)力鋰離子電池。如果這一建議被采納,可能將排除三元材料動(dòng)力鋰離子電池在電動(dòng)商用車的應(yīng)用。(詳見:《重磅獨(dú)家|或?qū)壕徳谛履茉瓷逃密嚿鲜褂萌牧蟿?dòng)力電池三元電池廠要哭了》)
(2)2016年1月24日,工信部裝備產(chǎn)業(yè)司司長(zhǎng)張相木在中國電動(dòng)汽車百人會(huì)上表示,國家鼓勵(lì)多種技術(shù)路線共同發(fā)展。鋰離子電池包括磷酸鐵鋰、三元鋰、鈦酸鋰、鎳酸鋰等多種類型,三元鋰電池比能量高,循環(huán)性能好,是未來鋰電池一個(gè)重要的發(fā)展方向。由于我國三元材料研發(fā)起步晚,用于客車的安全性開發(fā)和驗(yàn)證還不夠。目前國家正在考慮進(jìn)一步提高新能源汽車產(chǎn)品安全技術(shù)門檻,組織開展對(duì)三元鋰電池客車等車型在現(xiàn)行安全標(biāo)準(zhǔn)體系下的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。在評(píng)估完成前,暫停三元鋰電池客車列入新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄。
(3)2016年8月12日,在百人會(huì)夏季論壇暨電動(dòng)汽車安全報(bào)告媒體交流會(huì)上,當(dāng)問及三元電池暫停使用有無放開時(shí)間表時(shí),中國電動(dòng)汽車百人會(huì)副理事長(zhǎng)、清華大學(xué)汽車工程系教授歐陽明高稱,相關(guān)部門目前正在制定相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)。(詳見;《三元電池安全標(biāo)準(zhǔn)正制定》)
電動(dòng)汽車資源網(wǎng)小結(jié):新能源汽車的安全性能不是由電池材料單一因素決定的,還涉及到電芯技術(shù)、電池PACK技術(shù)、BMS技術(shù)以及應(yīng)急措施等諸多因素。本次《電動(dòng)客車安全技術(shù)條件》正式發(fā)布,明確了電動(dòng)客車用動(dòng)力電池需要達(dá)到的技術(shù)條件,理論上無論是磷酸鐵鋰還是三元鋰電池,只要能達(dá)到條件即可用在電動(dòng)客車上,因此存在“三元電池在電動(dòng)客車上的應(yīng)用將解禁”的可能性。當(dāng)然,最終三元電池應(yīng)用在電動(dòng)客車上是否解禁,還要看國家相關(guān)部門的正式通知。我們拭目以待。