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汽车电池事故加速元年——谈谈电池热时控

汽车电池事故加速元年——谈谈电池热时控

作者: 水若蓝 | 来源:发表于2018-09-15 19:03 被阅读0次

    一、概况介绍

            2018年,截至6月末,中国机动车保有量总量达到3.19亿辆,2018年上半年新注册登记机动车达1636万辆,高于去年同期1594万辆的登记量,其中汽车22316.0万辆,低速汽车820.0万辆,摩托车8600.0万辆。截至6月底,新能源汽车保有量达199万辆,其中纯电动汽车162万辆,占新能源汽车总量的81.4%,新能源货车24万辆,占新能源汽车总量的12.1%。

                                                                     图1 汽车保有量总图

                                                 图2 2006-2017年我国汽车产销量情况

            2017年,我国汽车销量达到2888万辆,同比增长3%。商用车在2017年销量达到416万台,增速是13.9%。其中现有汽车发展趋势来看,未来几年,汽车总量仍将以每年约7%速度递增,届时,汽车用量将会达到平均每四人一辆比率。相比发达国家,中国正在以较高的增速成长。

                                                                       图3 乘用车发展趋势

            而在众多产量的情况下,纯电动增长趋势无疑是发展势头最为迅猛的一类!未来两年市场,各大主机厂和电池厂仍将以饱满的热情投入纯电动电池的开发,其中包括磷酸铁锂和三元锂电池!当然,氢能源在这之后,仍处于小步追赶过程中!

                                     图4 2011-2020 年中国锂电池三大应用终端需求量及预测(GWh)

    二、案例分析

            近几年来,随着电动汽车的快速普及,有关其安全性能得到了广大用户的褒贬不一,且看下面几则新闻,仅以2018年近两个月示例!

    8月19日,深圳微型电动面包车起火;

    8月20日,辽阳一辆电动汽车着火;

    8月23日,聊城发生电动货车着火事件;

    8月25日成都威马汽车起火;

    8月26日,安徽铜陵一辆安凯电动客车着火;

    8月28日,安徽一辆正在充电的厢式电动车着火;

    8月31日,广州一辆力帆650EV电动汽车着火;

    9月1日,一个网友用行车记录仪记录的路边汽车着火,从燃烧形态上判断,电动汽车着火的可能性很大,地点不知;

    9月1日,长春一辆疑似特斯拉电动汽车着火;

    9月3日,岳阳发布纯电动公交汽车自燃认定报告,自2018年1月1日投放运营的100台纯电动公交汽车有12台的电池陆续出现问题;9月5日7点,珠海三辆正在充电的电动汽车着火;

    9月5日中午1点,宁波奉化6辆公交汽车着火,从着火录像判断,其中至少有四辆电动公交车着火,一辆小型轿车,由于比亚迪在奉化建有工厂,此“电动公交汽车着火”报道消息被下架,被“公交汽车着火”报道替代;

    9月6日,北京有一辆合肥奔驰车标的电动汽车着火。

    9月9日,南京水务集团放置的报废电动车起火,大面积浓烟滚滚。

    ……

            如此接连的电动汽车起火事件,已经大面积触动汽车行业的安全底线!电动汽车失火案件的严重程度及其造成损失远远超过预估。

            而从这些事件中,不难看出,动力电池的安全严重危及人员安全,由此带来的财力损失也很大程度上给当地造成损伤!

            让我们追溯下电动汽车的发展,2015年,国家为促进纯电动车发展,密集出台了一系列政策!摘录以下两条。

    (1)《中国制造2025》提出,坚持"创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本"的基本方针,坚持"市场主导、政府引导,立足当前、着眼长远,整体推进、重点突破,自主发展、开放合作"的基本原则,通过"三步走"实现制造强国的战略目标:第一步,到2025年迈入制造强国行列;第二步,到2035年中国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平;第三步,到新中国成立一百年时,综合实力进入世界制造强国前列。

    组织实施大型飞机、航空发动机及燃气轮机、民用航天、智能绿色列车、节能与新能源汽车、海洋工程装备及高技术船舶、智能电网成套装备、高档数控机床、核电装备、高端诊疗设备等一批创新和产业化专项、重大工程。开发一批标志性、带动性强的重点产品和重大装备,提升自主设计水平和系统集成能力,突破共性关键技术与工程化、产业化瓶颈,组织开展应用试点和示范,提高创新发展能力和国际竞争力,抢占竞争制高点。

    到2020年,上述领域实现自主研制及应用。到2025年,自主知识产权高端装备市场占有率大幅提升,核心技术对外依存度明显下降,基础配套能力显著增强,重要领域装备达到国际领先水平。

    (2)财政部、科技部、工信部、发改委四部委下发《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》,政策的变化首先是补贴退坡“坡度变陡”。纯电动汽车、插电式混合动力汽车补助标准,2017-2018年在2016年基础上下降 20%,2019-2020年在2016年基础上下降40%。

              在国家政策和补贴的强力推动下,纯电动新能源汽车势如破竹般一次次刷新保有数量!

                                                         图5 纯电动新能源保有量增长

            相较过去,自2015年汽车事故发生的也是越来越频繁!而汽车燃烧已经成为严重影响客户的安全因素!为了有效促进汽车业发展,保障乘客安全,国家也出台了相关标准用来规范!

            2016.11.15日,工信部发布《关于进一步做好新能源汽车推广应用安全监管工作的通知》;通知要求新能源汽车生产企业为安全第一责任人,对整车产品总负责,加强安全保障。

           2018.2.24征求发布的《电动汽车安全要求》、《电动汽车用锂离子动力蓄电池安全要求》、《电动客车安全要求》征求意见稿,对电动汽车和锂电池进行规范;

                                                                         图6 相关标准制定

                                                                图7 发布相关标准

           由此看来,政府仍希望纯电动发展有序,从政策层面保障乘车人员安全!但是,纯电动车辆起火事故仍在不断产生,这从事实上对政府打了一把脸!

             在众多汽车燃烧现象中,电池成为首要因素!而其起火,也反应了了电池的一种现象---热时控!

    三、电池热失控

             电池热时控是存在很久的一种现象!

                                                                          图8 电池热失控

           想想手机,三星爆炸事故当年讨论的火热,不言明喻!

          下面我们来简单看一下什么是热时控,详细探讨开辟新文章来研究!

    锂电池热失控从环境考虑分为内因和外因;从引发因素来讲分为热诱因(即温度主导),电化学诱因(内部多元素),机械诱因(外部接触);

    内因主要指的是内部制造工艺,安装组合,材料选取等;而外因来自于外部碰撞、挤压、变形等非主关因素;

    热诱因,是外部高温环境,包括外部起火、电池散热不良等。在外部高温下,由于锂离子电池结构的特性, SEI膜、电解液等会发生分解反应,电解液的分解物还会与正极、负极发生反应,电芯隔膜将融化分解,多种反应导致大量热量的产生。隔膜融化导致内部短路,电能量的释放又增大了热量的生产。这种累积的互相增强的破坏作用,其后果是导致电芯防爆膜破裂,电解液喷出,发生燃烧起火;

    电化学诱因,池制造杂质、金属颗粒、充放电膨胀的收缩、析锂等都有可能造成内短路。这种内短路是缓慢发生的,时间非常长,而且不知道它什么时候会出现热失控。若进行试验,无法重复验证。目前全世界专家还没有找到能够重复由杂质引起的内短路的过程,都在研究当中;

    机械诱因,碰撞是典型的机械触发热失控的一种方式,也就是汽车碰撞事故而引发电池受损。电池受损时也会产生内短路而引发热失控,但是这种短路与电化学诱因引发的短路不同,机械受损一般是瞬间发生的,对应实际生活中的突发事故,强烈的撞击、翻车、挤压都可以导致电池在很短的时间内发生机械损坏

    那么,如此愈演愈烈的热时控现象为何发生?

    原因分析

    笔者看来,其原因不难追溯!

    1国家政策导向

            为了实现汽车业弯道超车,国家2025发展规划中明确指出:重点发展纯电动汽车,并进行五年期补贴政策!

            这一政策的执行目的是促进电动事业发展,占据行业制高点!然而,搜搜新闻,我们不难发现,在政策驱动下,骗补行业也是一门学问!

    详见

    http://www.360doc.com/content/16/0929/13/276037_594633155.shtml

            初衷与实际背离,市场与政策博弈,这都是技术层面亟待解决的问题!工匠精神并非一朝一夕可以解决的,基础建设来不得半点马虎!而经济市场,仍旧是以追逐利润为目的,扭曲的市场也是市场,却从侧面反应出很多真实问题!

    2电池厂质量监管

            在政策指引下,发展纯电动电池是必然趋势!而造车首先要解决的问题必然是电池!电池技术的工艺掌握,事故的预防都需要强有力的监管!无论是制作过程还是出厂检测,作为制造商,有这不可或缺的责任!

    3技术层面

            诚然,真正有利于解决此问题的仍是技术问题。如何设计合规无事故的电池才是真正的核心问题点。而要解决这个问题,不是一家两家电池厂可以完成的,这需要从事相关行业的技术人员从根源设计上进行规划,无论材料的选择还是试验的设计,都需要真正的落到实处。没有技术的解决,市场和经济发展是不健康的,也是不可能推动行业的递进的,最终只会沦为笑柄。

            这其中,片面追求产量,追求续航,追求密度,使得电池的基本工艺技术仍然是有所欠缺的,且看下图,过多不语。

                                                                       图9 参观新能源

    4地方政府

            区域政策的推动也会对新能源汽车的发展产生影响,尤其是技术的重视程度。不再赘述。


            那么为何今年事故如此频繁呢?

            而这其中,一个很重要的原因是电池本身的寿命原因

            由于电池自身寿命原因,尽管新能源汽车的政策导向一般为随车质保8年;然后,对于电池这个固件,一般3~5年后续航能力明显下降,不难推算,2015年使用的一批电池将陆续在2018年后逐渐退役,电池特征与水平开始显现。

            再看一下热时控预防两大方面,详细内容开辟新文章进行论述,在此不做详细探讨。

    1制作

    包括内部和外部方面:正负极材料的选取及内部工艺,工艺加工程度,外壳封装等内容;

    2预防

    出现问题时对其迅速采取措施,也遏制事故的发生对人身造成的影响。

             然而,无论采取何种措施,事后处理总归不如事前控制,所以,仍然需要将危险扼杀在摇篮之中。

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