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动力电池为什么会有安全问题?

2020-09-30 11:10:12 新能源汽车报

汽车电动化已成为全球共识。从国家层面来讲,已有国家在不同的时间节点推出了自己的时间表。从企业层面来讲,现在车企都在积极拥抱汽车电动化并做了很多布局。

从共识变成现实,主要有两方面工作最为关键:一方面是对新能源汽车动力电池技术方向的选择,另一方面是在此基础上怎样去解决现在面临的技术的难题或者问题。

新能源汽车动力电池可选择的方向很多,一百多年前第一辆汽车就是电动的,但当时电池技术不成熟,没有实现产业化,那时候是铅酸电池。现在新能源汽车行业使用最多的是锂电池。从目前时间节点看,现代锂电池仍然是未来很长一段时间的主流,目前还看不到有被挑战的势头。

下一代固态电池和燃料电池也可能在未来占领主要位置。尤其是燃料电池在政策层面得到了引导和推进。锂离子电池作为目前用的最多的技术路线,安全问题较为突出。同时还存在成本的问题,尤其是补贴退坡后问题更加突出。

动力电池为什么会有安全问题?

动力电池最为核心的是安全问题,是现在所有矛盾里面最难解决和最棘手的问题。安全是非常复杂的系统,涉及方方面面,能量密度、循环、快充、成本等都是复杂混合的系统,这里面的环节相当复杂。

锂电池是储存能量的装置,能量分为两个部分:一是可逆的进行转换,在充放两端可逆的进行。二是本身的能耗,在发生氧化反应时能够释放热量。

电池在正常工况情况下,电池充放电或者能量转换的速度是可控的,但是能量是以电的形式,如果发生短路,能量释放速度又非常快,就会导致热量大量积聚,当速度达到不可控的时候就会发生爆炸起火,这就是锂电池为什么会有安全事故的根源。

电池热失控有一个触发机制,经历触发机制有几个阶段,先是负极材料本身分解,负极材料产生热量,反过来正向激励,导致整个能量释放不可控,电池爆炸起火。如何防止电池热失控?电路板厂认为,首次是原材料的选择,尽量选择安全等级高,或者释放能量少的材料来做电池。另外,从电池设计角度来讲,现在电池安全事故绝大部分原因是电池缺陷造成的。安全是个系统工程,它不只是材料环节,从电池系统材料到整个电池包,直至电池的使用环节。

从原材料到电池包、模组,BAK圆柱电池目前在安全上实现了全面突破。电池包里随机选了28个电池一次引爆,看看电池引爆之后对整个热系统,对整个车影响的评估,目前结果比较理想。

哪些因素影响动力电池安全?

电池包需要保证在任何一个电池发生热失控的情况下,电池包仍然完好,仍能正常运行。任何一个单体电池发生热失控,电池包仍然电压正常。在整车里面,任何一个电池发生了安全事故之后,整车不会燃烧,还可以继续运行,并且需要警报提示驾驶者开到4S店维修。

关于电池性能与安全之间的相互关系,高能量密度大家非常关心。HDI板厂认为,高能量密度有两个方向,一是选一些新材料,现在比较多的是高镍+硅材料,二是在有限 空间里提供更多的材料、更多的能量。由于高镍+硅材料的应用,新能源车从最早3价镍含量,到现在8价镍含量,材料本身热能量下降。

电池的设计,尤其是安全设计挑战很大,安全问题很难解决,这也是为什么高镍产量在方形电池方面应用比较少的原因。另外,负极高能量密度的硅材料,特别容易破碎,容易导致整个结构破裂和粉化,循环性也可能变差。

还有一个痛点就是电池快充。目前在快充方面做的比较 好的是3C、4C快充能力,车主们都希望新能源汽车充电时间最好和燃油车加油时间接近,而不是长时间的充电等待,但电动车主的需求和行业现状差距仍然较大。

快充为什么影响电池性能?因为快充就要有很大的电流对电动车充电,大电流充电意味着速度很快,就会直接导致电池热量进入,温度上去,这是严重裂化安全性能的影响因素。另外,在快充的时候,锂电池可能输入更多能量,其中必然会有金属锂,金属锂是非常活泼的金属,电池性能会裂化,所以快充是造成动力电池安全的一个重大隐患。

此外,在长期使用过程中,电池产品安全特性到底会如何演化,这个问题非常重大,但现在做的工作相对较少。

总结一下,安全问题的解决核心是控制能量转换的速率,以及由此带来的热积累。怎么样去做到安全成本、性能互相制约和互相耦合的平衡,是眼下应该着力解决的问题。




责任编辑: 李颖

标签: 动力电池 安全问题

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