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新能源車(chē)的電池是如何失控的?
出行一客 2019-09-25 13:52:00

6月27日,針對蔚來(lái)汽車(chē)召回事件,蔚來(lái)的電池模組供應商寧德時(shí)代發(fā)布聲明稱(chēng),此次召回的電池包箱體和寧德時(shí)代供應的模組結構產(chǎn)生干涉,在某些極端條件下可能出現低壓采樣線(xiàn)束短路風(fēng)險,存在安全隱患。該批次模組采用定制化設計,該設計僅使用于此次召回的4803輛ES8產(chǎn)品。

此前蔚來(lái)在召回公告中則稱(chēng),事故車(chē)輛使用的模組內的電壓采樣線(xiàn)束存在由于個(gè)別走向不當而被模組上蓋板擠壓的可能性。在極端情況下,被擠壓的電壓采樣線(xiàn)束表皮絕緣材料可能發(fā)生磨損,從而造成短路,存在安全隱患。

此次蔚來(lái)召回事件是中國電動(dòng)車(chē)發(fā)展史的一個(gè)插曲。

在中國,已有200萬(wàn)位新能源汽車(chē)消費者愿意嘗試這一新的能源形式下的交通工具,但他們遲遲得不到權威部門(mén)的著(zhù)火事件調查結果,頻頻爆出的自燃事件勢必會(huì )動(dòng)搖他們的采購和示范信心。

截至發(fā)稿前,尚未有國家權威部門(mén)就2018年至今一系列新能源車(chē)起火事件發(fā)布調查結果來(lái)安定民心。

如果不能明確原因,就無(wú)法解決安全問(wèn)題。對于全球新能源汽車(chē)第一消費大國——中國來(lái)說(shuō),將是一場(chǎng)信心災難:比如大部分車(chē)輛停車(chē)時(shí)都會(huì )自覺(jué)遠離電動(dòng)車(chē);比如不少外企在做日常會(huì )議前的safety sharing時(shí)建議員工遠離正在充電的電動(dòng)車(chē)。

2019年5月,中國新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)分別完成11.2萬(wàn)輛和10.4萬(wàn)輛,同比分別增長(cháng)16.9%和1.8%。相較于2018年百分之幾十的同比增長(cháng)來(lái)說(shuō),今年中國新能源車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)增速放緩。

但作為全球新能源汽車(chē)應用的急先鋒,中國仍在提速推廣進(jìn)程。

2018年11月,中國汽車(chē)工程學(xué)會(huì )發(fā)布《汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中長(cháng)期發(fā)展規劃八大重點(diǎn)工程實(shí)施方案》:計劃到2025年,新能源汽車(chē)年銷(xiāo)700萬(wàn)臺,保有量達2000萬(wàn)臺,燃料電池汽車(chē)推廣5萬(wàn)臺,混合動(dòng)力車(chē)型市場(chǎng)占比達到20%。

不僅是中國,由于節能減排政策的政策壓力,全球范圍內新能源汽車(chē)已經(jīng)大勢所趨。

羅蘭貝格預測:至2020年,全球當年新售車(chē)輛中約有15%為新能源汽車(chē);至2030年,新能源汽車(chē)銷(xiāo)量將超過(guò)傳統燃油汽車(chē),占當年銷(xiāo)量的57%,達5900萬(wàn)輛/年。

要想在這個(gè)保守估計不下于10萬(wàn)億元產(chǎn)值規模的市場(chǎng)上達到上述預測銷(xiāo)量,從系統上消除消費者的恐慌是前提。

嚴把質(zhì)量關(guān)

正如中國科學(xué)院院士、中國電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì )執行副理事長(cháng)歐陽(yáng)明高所指出的那樣,新能源汽車(chē)起火是產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題,不是技術(shù)路線(xiàn)問(wèn)題。

電動(dòng)車(chē)起火大部分原因在于電池起火,電池起火的原因主要在于電池熱失控。

所謂的熱失控,是指動(dòng)力電池在工作的時(shí)候會(huì )發(fā)熱,當電池溫度過(guò)高或充電電壓過(guò)高時(shí),電池內部會(huì )產(chǎn)生連鎖的化學(xué)反應,導致電池內壓和溫度急劇上升,引發(fā)電池熱失控并最終導致燃燒。

電池熱失控的原因有各種各樣的,有可能是電池包本身溫度不均勻,有局部區域溫度高、外短路、內短路等等原因引發(fā)著(zhù)火。

動(dòng)力電池科技公司遠景AESC中國研發(fā)負責人林玉春在接受出行一客記者采訪(fǎng)時(shí)表示,隔膜設計是影響電池內短路發(fā)生的重要因素之一。如果隔膜設計余量不夠或者設計方向不對,會(huì )影響隔膜的機械延展性與柔韌性,導致充電過(guò)程出現萎縮,繼而正負極相互接觸,造成短路。

同時(shí),在生產(chǎn)工藝中把控不嚴,電芯混入金屬顆粒,這些雜質(zhì)在充放電過(guò)程中會(huì )導致電極表面差異反應,不斷積累后會(huì )刺破隔膜,從而導致短路。

一旦有一顆電芯出現問(wèn)題,如短路、斷路等,將影響電池組內其他電芯,從而造成內部出現嚴重問(wèn)題,最終導致安全問(wèn)題。

特斯拉這種用串聯(lián)電路的電動(dòng)車(chē)尤為危險。軟銀中國投資的臺灣固態(tài)電池生產(chǎn)企業(yè)輝能科技股份有限公司行銷(xiāo)經(jīng)理許容禎告訴出行一客記者,特斯拉擁有4416顆鋰電池,只要一個(gè)環(huán)節做的不好,就會(huì )發(fā)生連鎖反應。

BMS技術(shù)需提高

除電池廠(chǎng)和充電企業(yè)努力外,整車(chē)廠(chǎng)其實(shí)需要承擔的責任并不輕。因為電池管理系統(Battery Management System,下稱(chēng)BMS)是電動(dòng)汽車(chē)整體架構中的重要要素,而這些目前都由整車(chē)廠(chǎng)來(lái)負責設計。

BMS是處于動(dòng)力電池系統的核心位置,是電池保護和管理的核心部件。BMS不僅要保證電池安全可靠地使用,更要控制電池組的充放電,并在整車(chē)控制器上報動(dòng)力電池系統的基本參數和故障信息,可謂是電池、整車(chē)控制器和駕駛者之間的橋梁。

一家大型鋰電廠(chǎng)中層對出行一客記者表示,熱管理系統在BMS中較為重要。熱管理系統的基本工作原理是通過(guò)冷卻或者加熱的方式使電池包的溫度維持在一定的溫度范圍從而保證電芯的性能發(fā)揮及壽命。

熱管理系統主要分為三類(lèi):加熱系統,風(fēng)冷系統和水冷系統,不同的設計方案的工作原理不同,但都存在引發(fā)電池包熱失控的可能性。

首先,對于水冷系統,它是通過(guò)液體對流交換,帶走熱量降低電芯溫度的一種熱管理方式,但是水冷板通常位于電池包的底部,安置于車(chē)輛的底盤(pán),車(chē)輛長(cháng)期運行過(guò)程中對水冷板的異常撞擊,底部刮蹭,或者水冷設計結構長(cháng)期可靠性失效,可能使其發(fā)生冷卻液泄漏,進(jìn)而導致電池包絕緣失效引起整車(chē)熱失控。

第二,風(fēng)冷系統,它是以空氣為為介質(zhì),利用熱對流降低電芯溫度的一種熱管理方式,但風(fēng)冷設計會(huì )提高電池系統的密封設計難度,車(chē)輛長(cháng)期運行過(guò)程密封結構失效,使其存在陰雨天行駛進(jìn)水從而絕緣失效導致熱失控的風(fēng)險。

最后,對于主要應用在寒冷地區的電動(dòng)汽車(chē)會(huì )使用加熱系統,其原理是利用加熱膜來(lái)對電池包加熱,使其維持在合理的工作溫度范圍內,保證電芯性能發(fā)揮。加熱膜的發(fā)熱功率設計或者裝配方案設計不合理,又或者其長(cháng)期可靠性失效,也可能會(huì )導致電池包絕緣失效,進(jìn)而引發(fā)熱失控事件。

上述鋰電廠(chǎng)中層表示,熱管理這些問(wèn)題目前已經(jīng)有技術(shù)解決方案,并且能否有效解決這些問(wèn)題是體現各廠(chǎng)家技術(shù)先進(jìn)性的一個(gè)指標。

高能量密度下的風(fēng)險

為了解決電動(dòng)車(chē)續航里程問(wèn)題,提高動(dòng)力電池能量比是發(fā)展的必由之路。要想提高能量比,就要調整鋰電池相關(guān)材料配比。

目前乘用車(chē)的動(dòng)力電池大部分采用三元體系,即正極材料使用鎳鈷錳酸鋰或者鎳鈷鋁酸鋰的鋰電池。我國三元動(dòng)力電池采用的鎳鈷錳酸鋰。

根據鎳鈷錳三元素的不同配比,又分為111型、532型、622型和811型。隨著(zhù)鎳的比例不斷提高,動(dòng)力電池的能量比也會(huì )增加,這也就意味著(zhù)汽車(chē)的續航里程將相應增加。

對于鋰電池來(lái)說(shuō),安全、壽命、成本、能量密度這四者處于一種動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)。如果能量密度提高,那么其他三者必然會(huì )出現一些問(wèn)題。

深圳市比克電池有限公司企管中心副總裁李鳳梅在接受出行一客記者采訪(fǎng)時(shí)表示,鎳比例越高,整個(gè)正極材料的熱穩定性就越差。遇到高溫、外力沖擊等情況,高鎳電池會(huì )存在安全隱患。高鎳電池充電時(shí)產(chǎn)氣會(huì )導致電池鼓脹也是一大問(wèn)題。

同時(shí),811型電池一旦出現熱失控問(wèn)題,后果也較為嚴重。以往磷酸鐵鋰電池熱失控,僅會(huì )出現冒煙情況;532型三元鋰電池熱失控會(huì )出現燃燒情況。一旦811型三元電池熱失控,很可能會(huì )出現爆燃。

追求高能量密度是發(fā)展的必然,但歐陽(yáng)明高提醒出行一客記者,電動(dòng)汽車(chē)高比能量動(dòng)力電池的發(fā)展,安全永遠是第一位的。

系統預警機制需建立

對于電動(dòng)車(chē)安全來(lái)說(shuō),這不是一兩家企業(yè),或者一兩個(gè)環(huán)節企業(yè)所需做的事。這是上至監管層,下至全產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)企業(yè)必須牢牢緊繃的弦。

多起安全事件引起了工信部的注意。5月10日,工信部副部長(cháng)辛國斌在相關(guān)會(huì )議上指出,安全是事關(guān)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)持續健康發(fā)展的第一要務(wù)。近期,新能源汽車(chē)安全事故呈現多發(fā)態(tài)勢,全行業(yè)必須高度重視,采取有效措施,消除安全隱患,加快建立全面的安全保障體系,提升新能源汽車(chē)安全水平。

優(yōu)先一點(diǎn)就是產(chǎn)品要過(guò)關(guān)。在以往的事故中,電動(dòng)車(chē)產(chǎn)品或多或少存在問(wèn)題。如電池產(chǎn)品測試驗證不足,車(chē)輛使用過(guò)程中可靠性惡化,充電安全管理技術(shù)水平低下等。

李宏慶建議,在人身安全方面,漏電保護和絕緣檢測等功能和標準要求,國標和歐標美標還有差距,建議適當提升標準,包括設備生產(chǎn)制造和檢驗檢測標準等

與此同時(shí),《電動(dòng)汽車(chē)安全要求》、《電動(dòng)汽車(chē)用鋰離子動(dòng)力蓄電池安全要求》、《電動(dòng)客車(chē)安全要求》3項強制性國家標準在今年年初進(jìn)入征求意見(jiàn)階段。

其中最為引人注意的是,相關(guān)強制性國家標準中首次提出逃生時(shí)間概念。根據規定,電池包或系統在由于單個(gè)電池熱失控引起熱擴散、進(jìn)而導致乘員艙發(fā)生危險之前5分鐘,應提供一個(gè)熱事件報警信號(服務(wù)于整車(chē)熱事件報警,提醒乘員疏散)。

一旦有了報警信號,車(chē)內人員就有了足夠的逃生時(shí)間,從而可以將人身安全風(fēng)險降到最低。

發(fā)生危險報警只是最無(wú)奈的一種選擇,如何將危險扼殺于襁褓之中才是上上之策。在復雜的工況下日積月累地使用,電動(dòng)車(chē)電池難免會(huì )出現問(wèn)題,如何主動(dòng)監測電動(dòng)車(chē)安全急需提上議事日程。

目前電動(dòng)汽車(chē)與燃油車(chē)所用的檢測體系相同,在全球范圍內缺乏針對電動(dòng)汽車(chē)的全生命周期檢測。這就使得電動(dòng)汽車(chē)是長(cháng)時(shí)間使用后,如出現一些微小的問(wèn)題不能被及時(shí)發(fā)現。千里之堤毀于蟻穴,日積月累之后,總有一天會(huì )爆發(fā)出安全問(wèn)題。

有多家鋰電廠(chǎng)中層呼吁,應建立新能源汽車(chē)標準化檢測制度,要求新能源汽車(chē)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)地標準化檢測。

不同于燃油車(chē),新能源汽車(chē)年檢應針對高壓電氣、動(dòng)力電池等特點(diǎn)建立相適應的安全檢查制度。新能源年檢制度的建立可保證新能源汽車(chē)的使用安全,一定程度上避免安全事故的發(fā)生。

當前市場(chǎng)已有很多車(chē)輛超過(guò)設計壽命要求繼續在使用,使用到后期會(huì )存在安全風(fēng)險,因此建議針對運行時(shí)間或行駛里程超過(guò)產(chǎn)品設計要求的車(chē)輛制定強制報廢標準。

此外,因整車(chē)廠(chǎng)對電池的特性理解不深,也并未對后臺監控數據進(jìn)行有效的分析,導致很多故障原本可以通過(guò)對歷史數據分析以實(shí)現提前預警,因此建議整車(chē)廠(chǎng)將數據共享給有能量的電池企業(yè)來(lái)實(shí)現預警,以降低市場(chǎng)風(fēng)險。

在以上措施之外,日產(chǎn)汽車(chē)認為無(wú)論車(chē)輛采用何種驅動(dòng)系統,任何在道路上行駛的車(chē)輛都需要進(jìn)行恰當的保養與維護,這非常重要。

按時(shí)維修保養、定期報廢或更換電池等方式,會(huì )徹底消除車(chē)輛老化帶來(lái)的安全隱患。

林玉春表示,應該開(kāi)發(fā)一些標準的主動(dòng)檢測手段。例如對電芯進(jìn)行主動(dòng)式的脈沖電流或者電壓測試,通過(guò)編制一些算法來(lái)檢測SOS(State of Safety, 蓄電池安全狀態(tài))、SOC(State of Charge,蓄電池容量)和SOH(State of Health,健康度、性能狀態(tài))。

然而檢測制度建立并非易事,這不僅涉及到鋰電廠(chǎng)、整車(chē)廠(chǎng)、充電企業(yè)等多個(gè)環(huán)節,還需要多部門(mén)協(xié)調,如國家質(zhì)量監督檢驗檢疫總局、公安部、工信部等多部委。參與者過(guò)多,導致事中管理尤為困難。

也有新能源汽車(chē)企業(yè)高管向出行一客記者表示,不要過(guò)度監管,不是多加一道國家檢測,就萬(wàn)事大吉了。還是要通過(guò)市場(chǎng)手段來(lái)解決問(wèn)題。

一家大型鋰電廠(chǎng)高管表示,目前最為可行的辦法就是與保險公司合作,共同建立相關(guān)標準。

平安產(chǎn)險副總經(jīng)理朱友剛告訴出行一客記者,目前《機動(dòng)車(chē)綜合商業(yè)保險條款(2014版)》已經(jīng)基本能覆蓋電動(dòng)車(chē)的現有風(fēng)險,只是個(gè)別條款可能不適用。

“隨著(zhù)下一步電動(dòng)車(chē)保有量的不斷增加和風(fēng)險的逐步暴露,肯定需要為其開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)的保險產(chǎn)品。平安產(chǎn)險會(huì )在車(chē)電分離保險、電池自燃保險、電池容量保障保險等多方面進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng )新。”朱友剛說(shuō)。

如果能對電動(dòng)車(chē)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的檢測,并將數據提供給保險公司,對于保險公司在輔助判定車(chē)輛故障、控制道德風(fēng)險、提升理賠時(shí)效等方面,都有著(zhù)巨大的幫助。

除了檢測外,大數據共享也是另一個(gè)好方法。在車(chē)輛使用過(guò)程中,整車(chē)企業(yè)掌握了大量的電池安全數據,然而這些數據并沒(méi)有共享給上游企業(yè)。

目前電池廠(chǎng)、整車(chē)企業(yè)、充電企業(yè)都是各自為戰,相互掌握著(zhù)關(guān)鍵數據。特來(lái)電表示,國家部委和權威協(xié)會(huì )的支持協(xié)助會(huì )促進(jìn)三方更快的打通。目前特來(lái)電已經(jīng)與多家電池企業(yè)和整車(chē)廠(chǎng)簽署了戰略合作協(xié)議,打通了相關(guān)的充電安全數據。

但是,這僅僅是少數企業(yè)的行為。上述新能源企業(yè)高管表示,車(chē)企會(huì )與電池企業(yè)進(jìn)行團隊數據探討,但沒(méi)有形成一個(gè)平臺來(lái)定期交換數據。因為這些數據涉及商業(yè)機密和隱私。

可見(jiàn),打通車(chē)輛、充電設施、電池之間的數據渠道尤為關(guān)鍵。但是如無(wú)國家部委或權威協(xié)會(huì )的介入,三方之間的籬笆將永遠無(wú)法完全打破。

市場(chǎng)的問(wèn)題當然需要市場(chǎng)來(lái)解決。但面對系統性問(wèn)題來(lái)說(shuō),如何打破各方利益壁壘,形成全行業(yè)的標準化機制,這就需要政府與市場(chǎng)主體共同協(xié)調。

本文來(lái)源:出行一客

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