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政產學研界大咖暢談動力電池安全

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年07月27日  

8月21日,以“安全保障創新引領”為主題的中國電動汽車百人會夏季論壇在河南鄭州舉行。論壇期間,來自政、產、學、研領域的行業大咖暢談新能源汽車與動力電池的安全問題。


【政策端】


科技部副部長陰和俊


新能源汽車安全是一項系統工程,涉及到新能源汽車整車的安全、動力電池單體及系統的安全、充電基礎設施安全等諸多環境,需整車與動力電池以及基礎設施各方面共同努力,加強整個系統工程技術的完善與提升,建立有效的運營安全及充電監控保障體系,加強安全監管,提高新能源汽車的運營效率,保障新能源汽車推廣應用的效果,切實達到節能減排的目的。


工信部裝備工業司司長李東


我國新能源汽車發展雖然取得了明顯進步,但發展基礎仍需打牢。主要體現在動力電池的核心技術仍然在突破中,充電設施的配套服務仍然在加快地解決滯后問題,特別是這次會議談到的安全問題,隱患正在逐步的顯現,整車性能品質應該說還沒完全達到消費者的需求。


從全生命周期看,安全問題涉及的電池及整車的制造存儲、運輸使用維護、報廢回收拆解等全周期的各個環節中。去年以來動力電池的存儲運用、整車運行、老舊車的擱置這幾個環節都出現了安全的事故。可以說安全問題是必須發展新能源汽車要解決的問題,當然也可以說,如果沒有安全也就沒有新能源汽車的未來。


財政部經濟建設司副司長宋秋玲


我國在動力電池等關鍵零部件核心技術方面還相對比較落后,產業缺乏優勢競爭力,消費環境還不是太完善等制約因素還沒有完全解決,新能源汽車產業仍難以完全依靠市場來發展壯大,相當一部分還要依靠財政補貼來維持。特別是在當前國內外形勢下,新能源汽車產業競爭加劇,技術進步日新月異,要繼續保持優勢,目前來看,仍需發揮財政政策的引導作用。


交通運輸部運輸服務司副司長蔡團結


據不完全統計,今年1-8月北京、深圳、上海、珠海、南京等地先后發生了14起純電動和混合動力客車的燃燒事故,造成了較大的人員傷亡和經濟損失,引起了社會的廣泛關注。經調查分析,多數原因是電池組技術故障,特別是夏季高溫的情況下容易出現電池熱失控等問題。有很多客車生產企業參加今天的論壇,去年有的客車生產企業的新能源汽車都在等電池,因為供不應求,導致其中20%-30%的電池是不合格的。庫存電池基本上都投向了交通行業,私人不會買,所以這個壓力非常大。


【百人會】


中國電動汽車百人會理事長陳清泰


汽車所引發的安全事故也常常令人觸目驚心!相對于燃油汽車,電動汽車處于起步階段,除了與燃油汽車在安全方面的一些共性問題之外,還存在由于能源結構改變而帶來的,諸如高壓電路、動力電池等新的安全問題。因此,在電動汽車市場快速增長的時候,安全應該引起特別的注意,無論是整車企業,還是零部件企業,對于可能出現的安全問題,都要諸項排查、及時發現、找出對策,竭盡全力把問題消除在進入市場之前。


中國電動汽車百人會執行副理事長歐陽明高


動力電池的安全性,是最基礎、最核心的,包含了電安全、熱安全、結構安全等等。鋰電池安全的范圍,一個是電壓、一個是溫度,對電池安全來講,如果溫度高了會發生一系列的反應,就不正常了。一個單體熱失控之后會在電池模組中發生擴展,像放鞭炮一樣,一個單體發生熱失控能量還是有限的,如果在整個模組系統中間擴展,這個能量就非常大了。


目前電動汽車安全技術在國際、國內都有一些創新成果。國內方面,目前從材料體系,三元正極、石墨負極單體電池的安全性應該說都有大幅提高,比方說在阻燃隔膜、阻燃電解性、阻燃安全性也都有創新,取得了進展。從單體電池產品的檢測結果來看,跟國外也沒有特別大的差別。從統計結果來看,我們和國外的相差幅度不是特別大。


【學術界】


中國工程院秘書長、院士鐘志華


在電動汽車安全里有各種環節、有各種狀況,現在討論比較多的是我們在電動汽車使用過程中不能出現安全問題,就是電池系統不能漏電、不能自燃、不能溫度過高等等。實際還有很多更嚴酷的安全狀況需要我們考慮。就是說當我們電池裝的比較多的時候,發生交通事故怎么辦,電池車碰撞以后的安全,還有其他的因素,都是需要重點考慮的原因。


電池安全問題是核心,但實際上其實電池安全只是一個方面。并不是說單體電池還不夠安全,我們就沒有辦法來改變這個安全狀況,實際上是有很多可以改進的地方。如果電池包比較好的話,也許這樣的狀況是可以避免發生的,這樣就不會使電池企業把安全的注意力引到一個可能是次要的,或者是并不一定是從長遠來講一個好的解決辦法,所以這些問題都是需要系統的來考慮的。


中國工程院院士陳立泉


為了解決動力電池安全性問題,可以通過化學的或者電化學的辦法來改善電池的安全性,也可以通過電芯的設計和電子學的改善,比方說電池管理系統、熱管理這些來改善安全性。但是有一個重要方法就是要發展固態電池。


固態鋰電池在局部發生短路的時候,只是聚合物熔化,熔化以后成為絕緣體,但可以又自愈,自己又可以恢復,即使發生熱失控,把電池溫度升高了,金屬鋰因為熔化溫度是180度,即使到了180度,鋰被熔化以后,在做電芯留一個空間,金屬鋰可以到預留的地方去,不會著火。此外,把電池扔到水里以后也不會有問題。


固態電池中不含可燃的液體電解質能夠極大改善電池的安全性,建議大力支持固態電池的研究、開發和產業化。


中國工程院院士陳清泉


我認為電池安全是一個系統工程,從原材料納米級直到電池包納米級,整個電池系統是交叉學科的復雜系統。電池安全包括化學安全,機械安全,功能安全。


動力電池不但要考慮電池單體,還要考慮整體,所以電池包作為一個整體應該也要承擔責任。整個電池包涉及機械結構安全性、電氣安全性、熱管理安全、BMS的監控,要實現價值共生,電池的BMS跟充電管理配合,每一次充電檢測電池一次,是雙向共贏的。


中國工程院院士黃其勵


充電設備通常有四個危險源:第一,充電設施本體的安全,包括電容在內的一些電氣元件和功率模塊的安全。第二,兩邊充電機和汽車接口、接頭的安全,以及鎖止機構的安全、控制回路的安全。第三,與電池系統、車載充電機相連的整車電池安全,電池因過充、過溫等原因導致燃燒,車輛存在帶槍啟動風險,可以通過電池管理優化、車輛控制流程優化等手段提高安全防護,保證電池安全,防止帶電啟動。第四個,信息安全,如何防止黑客攻擊、解決系統缺陷等等。


國家電動客車電控與安全工程技術研究中心副主任李飛強博士


在純電動客車方面,我國已經實現純電動客車電池、電機、電控等關鍵零部件的完全自主開發,續駛里程、可靠性及安全性滿足運營的要求,整車電耗已領先于國外的同類產品。在燃料電池客車方面,整車氫耗、輕量化方面我們是優于國外同類產品的,但是在燃料電池系統的壽命、成本、環境適應性方面與國外的差距還非常大。


現在,工程中心已經從電動汽車研發制造、運輸存儲、維保及事故處理各環節著手,重點在防水、防火、防觸電、電池安全、監控安全、碰撞安全等六大方面展開安全技術研究。電池安全方面,通過電池箱的模塊化設計,針對電動客車的四大細分市場開發了兩種高安全、高可靠的標準電池箱體,并進行充分的驗證,滿足整個四大細分市場的需求。


【企業端】


鄭州宇通客車股份有限公司董事長湯玉祥


動力電池、關鍵材料的國產化進程加速,安全性和工藝技術持續改進。與2010年相比,動力電池能量密度提高將近一倍,成本大幅度降低。


國內電動客車研發試驗能力有待提升,關鍵技術與國際領先水平仍有較大差距:整車可靠性、電磁兼容性與國外先進水平還存在明顯差距;動力電池一致性控制能力、能量密度等方面還需進一步提升;燃料電池產業鏈不完整,壽命、低溫環境適應性、成本等方面與國外差距較大;輕量化技術水平相對落后。這些都是電動客車下一步技術創新和產業升級的重要方向。


北汽集團董事長徐和誼


但隨著新能源汽車銷量猛增,其安全問題也逐步凸顯。僅今年上半年,與新能源車相關起火事件就有11起,事故原因涉及到電池、材料、動力電池系統以及充電保護不足等各個方面。


今天我們面臨的新能源安全問題,一部分是技術問題,如單體電池安全風險,電池系統的整體設計尚不夠完善等。但更多的是行業規范問題,由于新能源汽車市場發展太快,行業法規建設相對滯后,安全法規不夠健全,相關標準缺失,再加上消費者安全意識不足,充電樁等領域的從業者專業性缺乏等等,共同導致了一些安全問題的出現。


寧德時代新能源科技有限公司總裁黃世霖


在電動汽車的安全方面,動力電池的安全是電動汽車安全里面最為重要的關鍵因素之一。


從安全概念來講,電動汽車電池系統的安全,是高壓和化學安全兩個耦合在一塊的,所以導致了高壓的可靠性和化學安全結合在一起以后形成比較大的安全隱患,中間包括了化學安全、高壓安全、機械安全和功能安全,應用上面也存在很多安全。從整體上來講,我們在設計上就要保證這樣一個產品是安全的,整個CATL在追求產品安全上是追求零事故,就需要整體安全設計的體系。


超威集團研究院副院長柯克


從我的角度來講,電池的安全包括內部和外部因素,內外應該說差別非常大。這里我想強調內部的因素。


內部的因素對于鋰電池來講可能就是內短路道路的熱失控,應該說是目前最困難的一件事情,可以說防不勝防。在電池內部,不同元件、不同素材之間的短接,隨著時間出現的溫度上升,溫度上升越快,就是說發生熱失控的概率越高,這里面最危險的就是鋁箔和碳負極的接觸。因此我們在電池的設計上、加工的工藝上都是根據這些盡可能的避免它,從而提高電池自身的安全性。


萬向A123系統有限公司工程副總裁陳旸


為了進一步提高電池的可靠性,產品設計要考慮8年以后、10年以后的安全性。因此,我們必須在實驗的先期開發一些方法,能夠實現這種驗證。這些方面希望政府能夠有一些支持,可以保證產品放到市場上“睡得著覺”。


三星SDI株式會社副社長鄭世雄


將熱活動控制在電池組內部本身,包括過充保護裝置、保險絲、高強度外殼以及陶瓷隔膜等,所有的這些器件以及小的部件都可以幫助電池組在更加安全的情況下運行。


高強度材料的模組監控是模塊設計當中非常重要的環節,而排氣結構、保險絲也是電池包設計中非常重要的環節,所有的這些所提及的技術都可以以模塊為單位來實現。

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