当前位置: 主页 > 新闻中心 > 电池知识 >

动力电池安全性问题进行了一次知识分享

 时间:2019-03-29 05:14

  导言:原国家863电动车重大专项动力电池测试中心主任王子冬曾负责起草制定汽车行业动电池强检标准。一直在动力电池产业发展一线,长期研究观察这一产业,他对今天为何众多电动汽车容易着火,续航里程偏短等电动车用户关注的问题从技术层面进行了分析。

  在本月中旬,做为造车新势力一员的前途汽车邀请了原国家863电动车重大专项动力电池测试中心主任王子冬做客前途会客厅,就动力电池安全性问题进行了一次知识分享。

  王子冬曾负责起草制定汽车行业动电池强检标准。一直在动力电池产业发展一线,长期研究观察这一产业,他对今天为何众多电动汽车容易着火,续航里程偏短等电动车用户关注的问题从技术层面进行了分析。

  他的这一分析是智驾君在过于一年间所听到的对于电动车、电池技术短板最直接也是最现实的解读。

  在此次分享中,王子冬谈及了外界对中国纯电动汽车发展战略的误解,他说这一战略的本质是推动汽车动力的电驱动化而非一味电池化,这也是最近刚刚定稿并将于明年正式实施的《汽车产业投资管理规定》将增程式电动汽车与氢燃料电池技术与纯电动汽车放到同等地位的原因。

  而这与不久前前国家科技部部长万钢在人民日报撰文主张推广氢燃料电池似乎也可以做到逻辑上的契合。

  目前动力电池安全性的问题很敏感,特别是新能源汽车的安全。最近,新能源汽车又出了问题,不同的企业也在召回相关问题车型。

  2000年做这个国家863电动车重大专项动力电池测试中心主任,到现在对于这个行业有很多体会。

  我今天分享三个内容,一个是动力电池产业发展趋势;二是什么是动力电池安全性;三是动力电池安全性问题。

  今年很多电动汽车进行了召回,问题看似出自电池本身,但很多原因电池是被点燃的。

  比如充电不好、管理不好,散热不好,或者像跑车这种,它的电池一定要适合大电流放电,否则就容易被着火。

  未来储能市场电池的主流,我给大家一个概念:方形硬壳和方形软包装100Ah以上大容量电池。

  这是我个人从使用的角度看未来电池是什么走向。但你们会发现,这里面没有特斯拉采用的那种18650电池和2170电池组?

  关于电池我曾经和马斯克有过交流,他跟我讲,在特斯拉最困难的时候,松下是唯一答应给他电池的公司,其他公司都拒绝了他。

  特斯拉电池的寿命是700次,在中国我们最低要求是2000次,700次根本就不考虑用,如果天天充,一年就是300多次,两年用完。

  但特斯拉为什么没有两年报废,就是电池装得非常多,装得多解决了两个问题,一个是蓄电多,可以四五天充一次,把时间拉长变成了10年,或者至少是8年的时间。

  但是这种电池的功率性存在问题,但是我们知道特斯拉电池要的是功率,怎么办?必须把电池加大,加大之后把倍率降下来了。

  如果是10度电的电池组,就是10千瓦时,特斯拉采用180千瓦的电机,所以特斯拉这个配置是不得已这么配的,我也认可这个事情。

  我们今天谈中国的技术方向和目标,已经和日本、韩国、美国、德国达成了共识,现在我们看德国、日本、韩国、中国、美国的电动汽车公司,除了特斯拉之外,据我所知没有第二家公司采用那个电池。

  大家可以思考一下,如果特斯拉电池真的那么优秀,大批的新能源车企应该就会跟随这股潮流。

  这是我总结下来的几个电池方向,一个是方型电池,大容量,组合效率,从单体到模块再到系统,整个过程的衰减在数据上都是比较好的。

  现在很在意电动车的续航里程,这与车上带的电池能量关系很大,但带的多衰减也多,特斯拉衰减了多少?我们现在市面见得最多的Model S达到了57%的衰减,你们可以自己算,85度电,800公斤,单体电池是240瓦时,57%没有了。

  最新的2170电池,单体280瓦时,系统是150瓦时,你算一下损失了多少?

  方型电池做这个事情比较合适,在这个上面,包括德国有代表性的企业,他们电池的衰减可以控制在20%以内,所以模块组合技术水平的高低,不看你带多少,实际看衰减,看单体到系统衰减了多少,三星和LG的结构也都是这样的。

  大家经常看到有这样一种观点,说有的电动车可以走800公里,续航里程很远。其实,走多远并不是电动车的优势,而是一度电能走多远。

  特斯拉是22度电走一百公里,能耗很高,现在已经有一个24度电走170公里的车型,所以不是说走越远越好。

  电池组和油箱有很大差异,电池组有电和没电,重量没有差一点,但是油箱加满了,跑完了之后重量没有了,所以汽车是越跑越轻,电动车越跑越重,因为电池带的电少出的力反而大,所以电动车一定不能加很多的电池,长距离走,带来五个副作用,在科技上没有交点,就没法解决。

  所谓时间和技术有交叉,就是说达到一定的时间,技术能够攻克,这是交点。相反,如果一直平行就永远解决不了。

  现在,互联网造车、无人驾驶、辅助驾驶这些技术都在快速发展,但实际上,我们离自动驾驶还有相当的距离要走。

  第二,我们讲一下什么是动力电池的安全性,使用过程中出现了什么问题?这是一个非常敏感的话题。

  按说一个商品不应该这样,为什么现在一提电动车就谈到了安全问题。十年的积累和探索,现在的新能源汽车应该满足目前的推广的要求,但我们发现了一些问题,技术这些年没有明显的进步。

  实际上这些问题应该理解,一个是电池技术的进步不像电子产品,6个月迭代,两年就完全颠覆了。汽车行业没有这么快的更新速度,我们目前研究能量发展到一定的水平很难再有进一步突破。

  同时,我们发现能量密度越高,安全性越差;很多人希望电池能量密度增高,同时安全性也保持同样水准,这本身是矛盾的。

  2003年的SARS很多人都经历过,死亡了一二百人,但全世界每年因感冒而死亡的人数以万计,但我们从来没有听过谁得了感冒很害怕,但为什么当年我们对SARS那么恐慌?

  因为SARS没有药,而人得了感冒有药可治,而感冒引发的并发症是许多人死亡的原因。

  电动车和燃油车一样,我们知道燃油车可能会出事,但我们非常清楚燃油车燃油泄露,不会引发自燃。

  但电动车如果电池液泄露则极易引发自燃,就跟SARS一样,没有好的解决措施。

  我们在没有掌握锂电池着火规律之前,把控能量密度、安全性和长寿命安全性是我们不能忽视的问题。

  我们在用它的时候,像原来三星手机出那么多了那么多锂电池爆炸的事,就是因为用的锂电池。当然所有采用锂电池的厂商都知道它的安全性问题,并不是不知情。

  所以关键是怎么去管控锂电池易燃的特性,只是因为本身的特质不好,所以这个事情很麻烦。

  容易自燃着火的就是电解液,锂电池最容易出问题的就是在负极表面长这个东西,如果长度超过隔膜的厚度,就能把隔膜刺伤,相当于把火药和打火机放在一个屋子里,用保鲜膜隔开,想想都惊心动魄。

  我们现在说提高电芯能量密度的时候,科学上有很多工作和难题要解决,但是今天依然还没有解决,所以在没有解决的情况下,我们急着提高能量密度,就显得有点操之过急。

  燃油转成能量密度,都算进去,大概在2000-2700,而现在全世界做得最好的电池组是特斯拉,能量密度是150,150和2000差14倍。

  这么低的东西颠覆那么高的东西,不具备越级的可能性,锂电池做到500,比现在的200还高了一倍,从500做到电池系统一点都不衰减,那和2000相比还是相差4倍,这已是极限。

  所以我跟大家讲,我们用锂电池做电动车的时候就知道它的天花板,所以我们政府和国家推这件事情的时候,更多强调电动化,电驱动化,而不是电池化,不是靠加多少电池让车走多远,因为电池的天花板注定不能替代燃油车。

  但是我们讲的是电驱动化,我们认为电机的驱动效率远高于发动机的驱动效率,电机的平均效率可以超过80。要解决电从哪儿来,不是说一定要用电池,因为电池组的重量和体积是永远不可能跟燃油抗衡的。

  冬季、夏季都有非常大的问题,很多人抱怨这个问题,冬天显示能走300多公里,结果一上路就只剩200公里了,但是我们很少听到有人质疑前途K50。因为前途K50是跑车,本身就是大电流,同时在温度不同的时候,变化并不是特别大。

  前两天一个仓库,电池制造着火了,包括LG、三星都出过事,几乎做锂电池的工厂没有没出过事的;

  电池为什么要储存,为什么不能做出来马上给用户,因为锂电池的制造工艺要求太苛刻了,目前国内的水平包括国际上的水平,这些大牌企业都很难控制得万无一失。

  那怎么办?在仓库里面,好的企业10-15天,搁在里面,搁的过程中,不好的就显现出来了,所以做的不好的不要出车库,现在几乎没有不进行这个工艺的。

  有一次运电池的车下长坡,10-20公里,刹车系统老在摩擦,温度非常高,把电池点着了。

  我们看有一次比亚迪的车被跑车追尾,我们去现场看,那个车是这样的,电池被撞了之后并没有马上着火,但是横向走的时候铝轮横飞的过程中跟地面摩擦,打出的火花把电池点着了,铝在燃烧的过程中是很厉害的,所以大家看,包括做轮毂的工厂,防火是一级防火,就是铝粉尘会着火。

  这个跟充电有关系,市面上所有的充电器全错了,充电原理全错了,这个原理有点像我今天早晨坐地铁,是靠后面推的方式逼得推进去。

  1970年锂电发明的时候,叫摇椅电池,这个离子在正极和负极来回移动,没有产生摇的还原法,所以这个充电应该是牵引式,不应该是用推的方式充电,锂在元素周期表中非常活跃,就像在挤地铁,大家都堵在门口,越挤越不往里面走,都堵在门口就容易形成问题;

  这是2018年1月以后总结的着火,这是特斯拉,一共18起事故,卖了18万台,事故发生了18起,平均1万辆一起事故。

  同时,旧电动车反而对环境造成非常不好的影响,在目前没有办法处理电解液对环境的影响之前,最好就是全烧光。

  这是在杭州出的事情,救火大量使用了水溶剂,污水落到江里会造成很严重的污染。

  我们自来水厂可以过滤很多水中的杂质和细菌,但是如果这种水去浇地,这个菜谁敢吃?流到河里,谁敢吃这个鱼?

  这是义乌农田边上,灭火的水溶剂排放在附近,那么谁去评估这个环境,估计周围的菜都不能再吃了。

  这是长沙的一家换电站,动力电池着火和是不是换电站没有关系,关键在于管控的理念。

  现在的充电方式就是逼着枝晶快点长,用后面电流推的方式充电,所以充电安全性成为电池现在最大的压力。

  大家看到网上很多照片,都是充电的时候把旁边点着了,包括前两天这个公交车站着火。

  那是不是没有安全的电池呢?也不是,我们曾经一直批评的电池,日本的NESC给日产生产的电池。我们一直在批评这款电池,一个软包装电池做的能量只有170不到,做出的电池组只有88瓦时的电。但是,这款采用这款电池的汽车到现在卖了快40万辆,没有一辆着火,也没有一辆因为充电着火。

  其实他这么做有他的道理,就是保证电芯的结构和制作工艺在使用过程中和充电过程中稳定工作,而我们在这上面没有太多研究。

  我们使用的充电方法都一个方法,就是一个劲逼着它出事,所以我们在不同的环节当中老在出事。

  在回收的过程中电池中的有机溶剂不好控制,如果意外散发到环境中会造成很大污染。

  第三,我们出现了这些问题,怎么去解决,同时电池的能量密度到底怎么说,是不是我们一味地追求能量密度?

  众所周知,动力电池组是非常复杂的能量系统,就像10个手指头不相同,电池是化学的东西更不可能相同。

  2003年我去日本考察时,曾经问过日本电池专家,他说我们做的动力电池是一模一样的。

  我当时询问不合格电池是怎么挑出来,日本厂长停了三到五分钟时间,他想了半天,说这个问题没法回答,他说我们生产的电池就不可能有不合格的。

  他说你想我48秒一个电池组,一个电池组当中有30-40个模块,一个模块6个电池,一天要做几十万的电池。一旦出现几个不合格的电池,这比重做一天的电池花的成本还要高。

  我们国内很多企业不这么想,不一致没有关系,后面有办法挑,但是我们发现后面结合组合的过程中,遇到的困难越来越多,这是因为我们开始就没有控制好。

  动力电池的开发是一个多学科协调,我们的企业,包括整车企业,电池企业、材料企业,没有人懂得如何全面地评价我做的工作是对还是不对。

  人家在不断地积累,越来越多,我们是越弄越少,所以评价是一个很重要的事情,尤其对系统复杂的集成。

  我们通过评价找到很多的管控方式,寻找在某个应用场景下你的电池差什么,以便找到改进的方向。

  我们去看这个很经典的坐标,系统的能量密度越高的情况下,安全性越低,安全性越高,能量密度越低,这就是矛盾。特斯拉也曾经说过,电池着火特斯拉可以提前预警,告诉用户赶紧逃离。但是,一辆特斯拉今年五六月份出了事,车都着火了也没有预警。

  这说明电动车预警是很难的事,没有那么简单,一旦量大了以后,各种各样的问题会出来。

  系统的保护有很多方面,能量密度只是其中一个要求,其实还有热管理、连接的可靠性、可制造性、机械安全、电气安全、防护安全等环节。

  今年电动车出了这么多事情,至少这几个方面的安全都做了,但为什么做了这些安全防护措施之后,仍然不安全?

  后来我们发现堡垒最容易从内部攻破,这个电池组出问题不是外部的原因,是内部原因:直径充电池出现问题的时候,外部怎么控制也控制不住,它产生了内在的变化。

  我们现在很多企业在追求技术进步的过程中,我们一直在模仿,我们称之为逆向开发,而国外是正向开发,国外这些技术团队在正向开发的过程中遇到了很多失败和调整,但我们在逆向模仿的过程中不知道,尤其你在超越它的技术的时候,逆向开发没有办法超越。

  我们和国外打交道的时候,他们电池组先解决完这些问题,然后说根据这个要求可能选哪几组电池。

  刚才说道很多时候电动车在充电时出现问题,电池的安全使用和循环寿命的因素,除了电池自身工业和产品质量问题,至关重要的问题就是安全管控,但是现阶段,我们把这个热管理基本都减掉了。

  特斯拉因为热管理整车增加了那么多重量,我们的电动汽车说我不要那么复杂的,这能不出事吗?把该有的哨兵都撤了,不是从可靠性、安全性角度出发,而是从满足补贴要求去做这件事情,这就出了很多问题。

  电池是被点燃的,我们的充电机傻到什么程度,它不知道这个电池现在该干嘛,不管它吃饱没有吃饱,就填鸭式地往里面塞。

  客观地说,这些年中国电池的产品质量提升了,虽然与国外有一定差距但没有那么大,影响中国发展新能源汽车产业的难点主要是成组技术及必须的电池安全管理系统。

  说到电池安全管理系统,很多人立刻想到BMS,电池管理,其实这是一个被动的手段。一个东西好好的为什么要人管它,那谁来管理电池的这个BMS?

  但是没有办法,很多人探讨说能不能双BMS,听着都荒唐,应该做到没有BMS。

  越用,什么主动均衡、被动均衡这些问题都来了,越用越复杂,结果加上这些复杂的系统,自己老出错。

  今年9月30日,一辆电动车启动的时候可以开170公里,半个小时就停了,后面的大货车跑过来撞上了,原因就是好多东西误报了,怎么保证这个东西不出问题,零部件加的东西越多,管理的东西越多,可靠性越低。

  电池的健康度、内阻测试、故障诊断,很多企业有大量数据后台监管,但是后台没有人看,数据不报警没有人理,很多出事一定是积累的过程,积累到一定程度才出事,我们应该在积累的过程中发现问题,现在看后台,大量的数据,大数据管理,他们更愿意去判断你一会儿去哪儿吃饭。

  但是电池安全这件事情上没有人管,大量数据闲置,所以我们的故障诊断搞了五年都没有提高,领导去看的时候,说企业有大屏幕展示,每台车都能看得清楚。

  BMS最重要的问题,一是安全,二是寿命,BMS能管得了从外面进来的问题,管不了从里面进来的问题,为什么电动车夏天冬天开的速度快慢有那么大差异?

  这中间50%,不同的线表示不同温度,假定选定一个50%的中间态,看看这个差异,一个在这儿,一个在那儿,我们看坐标在这儿不到100,这个地方不到300,这个地方的性能和这个地方,同样的电池在不同的温度情况下,有三到四倍的差异,这就是为什么你们开车的时候会发现,我稍微开快一点,续航里程明显缩短,这个东西是我们传统的机械式的驱动工艺当中不曾有过的东西,它不仅是1和2的,如果我们这个坐标放在这儿看看这个点的情况是不一样的。

  所以BMS电池管理系统干什么?要准确地知道任何一个状态情况下,我的系统能力是什么,我们现在给得出来吗?

  我们现在老是讲大数据,叫数据分析,我们连这些数据都没有,你的BMS连这些数据都没有,你分析什么?

  这个模型后面不同的车厂说,它的边界变了,你能不能随之调整,用这个模型调整可信度是多少,给不出来,因为后台没有数,没有企业做这个事情。

  这是最典型的一张图,这个锂离子,就是这样的结果,现在示意图是这样,真实制造的时候,口小,里面大,所以进的时候费劲,特别是你在外面推的时候,挤在一起。

  我们一般放电不会出这个问题,就是充电会出这个问题,我们采用的是推还是牵引的方式,后果不一样。但现在没有办法,充电的时候会产生崩塌,一塌就进不去,进去就出不来了,所以带来很多问题。

  我们发现国外电池中,明明可以走180公里,但实际就只能开140公里。他说是为了保护电池,国内往往追求充一次电走得越长越牛,其实完全错了,因为放电深度越深的时候,对电池的损伤非常大。

  快充对电池的损伤是很大的,目前的设计方案,要想快充,改变电池结构,以及更适合快充电的材料,会降低电池的寿命。

  在追求能量密度的情况下还追求便宜,国家说补贴1块钱,那把1块钱当电池的价格了,这种情况下,大家不会选择成本高的做法,一定选择成本低,成本低的时候不适合快充,用于快充以后就会出问题。

  现在能做到不管温度怎么变,电池都能正常工作,能够攻下这个难关,可以说非常非常难,电池组整个始终在振动,做液冷是很难的事情,特斯拉就不做液冷。

  简单小结一下,主要是几个问题:第一,新能源产业存在很大的泡沫,产能过剩。第二,需要系统好好配合。第三,一体化设计问题。

  我们现在都在第一阶段,真正达到一体化在三阶段,全面测试,通过测试找到这些问题的平衡,这是很重要的。这些参数和系统的平衡最重要,安全性第一位,可靠性要重视,在保证的情况下谈成本。

  • Copyright©2015-2019现金网版权所有 网站地图
  • 地址:北京市通州区苏州街181号
  • 电话:010-67111238