歐陽明高:電池安全、充電安全、整車安全,一個都不能少!

歐陽教授說:電動汽車安全性涉及三個行業(yè),一個是電池行業(yè),這是最基礎(chǔ)、最核心的電池安全領(lǐng)域;一個是充電行業(yè),這是一個新興行業(yè),有待進(jìn)一步規(guī)范;還有一個是整車行業(yè),總體來看乘用車行業(yè)在安全方面做的是比較好的。
電動汽車安全的核心是電池安全。電池安全問題由三個方面引起:一個方面是過熱。電池跟發(fā)動機等其它部件不同,溫度是一個很重要的參數(shù)。電池只能在一定的溫度范圍內(nèi)才能正常工作,溫度高了不行,低了也不行。低溫環(huán)境下,電池容量放不出來,也充不進(jìn)去,這是因為電池極化導(dǎo)致的。總之,電池怕冷,如果電池溫度太低,它就不能正常工作。高溫環(huán)境下,電池也不能正常工作,正常工作范圍是在45度以內(nèi),如果溫度到達(dá)90-100度,問題就產(chǎn)生了。電池就會引起一系列 “自生熱反應(yīng)”。當(dāng)然,每種材料電池的情況都不一樣,但都有 “自生熱起始溫度”,達(dá)到這個溫度電池會形成副反應(yīng),一般是放熱反應(yīng),也有吸熱反應(yīng)。這種放熱反應(yīng)會引起溫度升高。溫度再升高之后又會引起另外一個副反應(yīng),又會引起溫度再升高,溫度會越來越高,形成連鎖反應(yīng)。當(dāng)溫度達(dá)到150-250度時,熱失控就會發(fā)生,比如說隔膜崩潰、電解液燃燒,最高能達(dá)到900度以上高溫。
幾個特征溫度,第一個是自生熱反應(yīng)的起始溫度,第二個是熱失控的起始溫度,比方說短路、大規(guī)模燃燒,它最后有一個熱失控最高溫度,比方說有的電池內(nèi)部核心溫度達(dá)到900度甚至接近1000度。但是也有的材料體系熱失控最高溫度只有三四百度,也有的電池只冒煙,這跟電池材料體系相關(guān)性很大,不同體系的電池,這幾項溫度指標(biāo)都不大一樣。
總結(jié)一下:電池跟溫度有關(guān),隨著溫度上升到某一個溫度,它會開始產(chǎn)生副反應(yīng),副反應(yīng)會連鎖形成電池放熱程度越來越高,到了一定程度,會使內(nèi)部短路、隔膜崩潰、電解液燃燒,使溫度迅速上升,形成熱失控。到達(dá)最高溫度會形成冒煙、起火甚至爆炸。
大家知道,鋰電池在飛機上是不能隨便帶的,這是鋰電池的特性決定的,但并不等于車就不安全。我們有嚴(yán)格的熱管理使這個問題得到解決,我們要使電池在車上始終保持在一個正常的溫度范圍內(nèi)。這個熱管理系統(tǒng)包括可以加熱,可以散熱,可以隔熱。
所謂散熱,就是剛才講的溫度達(dá)到一定程度就可以散熱了,有一個冷卻系統(tǒng),這個系統(tǒng)設(shè)計非常復(fù)雜,有風(fēng)冷的、水冷的等各種的散熱方式。冬天溫度低了還要加熱,加熱是一個技術(shù)相對難一點的系統(tǒng),如果溫度一直向上加就麻煩了。所謂隔熱就是當(dāng)一個電池出現(xiàn)熱失控情況后,問題還不算很嚴(yán)重,怕的是出現(xiàn)像點鞭炮一樣一個接一個發(fā)熱,第一個電池?zé)醾鞯降诙€電池,形成連鎖反應(yīng)。所以要隔熱,使它無法形成傳熱。
最近,清華團(tuán)隊跟中汽中心、CATL正在做熱失控傳播測試標(biāo)準(zhǔn)。第一個電池?zé)岢霈F(xiàn)之后,會不會傳到第二個電池去,到第二個電池需要多長時間,我們有測試標(biāo)準(zhǔn)。
一種方式是完全隔絕,不讓熱傳到后面去。還有一種方式是讓熱從第一個傳到第二個時間非常長,比如至少15分鐘以上,這個時間足夠長的話,安全也是有保障的。比如大客車,要使人員有逃生的時間,比如半個小時。還有一種方式是用管理系統(tǒng)來觀測,是不是某一支電池的溫度超過正常范圍了,我們有整個的溫度監(jiān)控系統(tǒng),因為所有的電池溫度不一定相同,某一支電池可能會過熱,可以用溫度傳感器全部檢測出來。
第二個問題是充電基礎(chǔ)設(shè)施也是可能引起事故的。充電機跟電池合在一塊之后,就有可能出現(xiàn)各種各樣的問題,比如說充電充不充,充到什么程度,是由電池管理系統(tǒng)發(fā)指令的,電池管理系統(tǒng)告訴充電機你該啟動了,充多少了。但是如果充電機質(zhì)量不過關(guān),讓它啟動它不啟動,讓它充50A,它充70A,就容易發(fā)生安全問題。
充電機行業(yè)的總體水平在電池行業(yè)、充電機行業(yè)和整車行業(yè)三個行業(yè)中間是比較差的。而且,充電機行業(yè)在產(chǎn)品準(zhǔn)入方面、質(zhì)量保證方面還存在一些問題,因為很多企業(yè)都是新進(jìn)入的公司,整體產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。
電池跟充電合在一塊,就有充電標(biāo)準(zhǔn)問題,但我們前期有充電標(biāo)準(zhǔn),2015年12月份,為了充電過程的安全,我們又修改增加了一些新的東西。現(xiàn)在正處在新舊標(biāo)準(zhǔn)的過渡期,實施起來必然會有一系列的問題。
在地下車庫建充電樁也是敏感的問題,地下車庫的充電樁對安全的要求比地面更高。因為地下車庫低,車輛密集。第二是地下車庫在下大雨的環(huán)境下容易進(jìn)水。第三是大家都在晚上充電,一旦有一輛車發(fā)生事故,會引起連鎖反應(yīng)。所以,它對充電機和充電樁的施工標(biāo)準(zhǔn)要提高。
安全問題是大問題,但是不注意,沒有安全質(zhì)量保證的話,就會出現(xiàn)問題。這些技術(shù)都是成熟的,不過,下一代的無線充電技術(shù)還不太成熟。下一步的趨勢是進(jìn)入無線充電之后,對安全的要求會大幅度提升。現(xiàn)在,我們的無線充電技術(shù)進(jìn)展非常好,充電的效率接近有線充電,下一步要再進(jìn)一步提升技術(shù)。
過充跟充電機有關(guān),跟充電機質(zhì)量有關(guān),也跟我們的電池系統(tǒng)質(zhì)量有關(guān)。發(fā)生的事故中有的是電池管理系統(tǒng)死機,充電機不知道,它會繼續(xù)充,一般來說過充到150%,當(dāng)場就會出現(xiàn)劇烈的事故。
如果是過充到110%不會有什么明顯事故,但是長期積累也會有事故,最大的事故是當(dāng)場過充到150%,這種事故非常厲害!純屬質(zhì)量問題、保障問題或者是操作不規(guī)范問題等原因?qū)е碌摹?/p>
第三個問題是整車安全問題。比如說整車的高壓電系統(tǒng),有些是不規(guī)范的。轎車總體來說質(zhì)量比較好,一些比較大的轎車廠,如長安、上汽、北汽的安全驗證是非常嚴(yán)格的。包括泡水、火燒、碰撞等各種試驗都要做,有一系列的法規(guī),而且跟國外法規(guī)完全相同。因為大汽車廠的工程團(tuán)隊工程化能力比較強,人員配備比較齊全,所以他們非常規(guī)范。一些好的電池廠,像寧德時代新能源,它是給寶馬配套的,寶馬那一套規(guī)則全部轉(zhuǎn)移到他這里。所以大汽車廠、大電池廠在這些方面都是很規(guī)范的。
相對而言,我們的客車由于企業(yè)過多、車型過多、車型開發(fā)周期過短,有的在安全方面做得不是很到位。所以客車是政府重點監(jiān)控的一個安全車型。所以最近三元電池暫停使用,我們又在制定客車技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
為什么要做這件事?客車有幾百家企業(yè),一千多個車型。這么多的車型怎么能保證所有的車型都是好的呢?三元電池是一個技術(shù)方向的代表,也是攻關(guān)重點。但是要應(yīng)對這種高比能量電池所需要的安全技術(shù)就更加復(fù)雜,駕馭得了這樣電池的技術(shù)隊伍就需要更加強大才行。三元電池目前最高也就是到200WH/Kg,再發(fā)展到300WH/Kg,甚至350WH/Kg,被稱為電池的革命性進(jìn)步,這種電池對安全的要求就更高了。所以我們在做整車集成的時候,所有的要求都要相應(yīng)變高。
整車集成有幾個問題,第一個是高壓電器安全問題,第二個是碰撞安全問題,第三個是防水防塵的問題。這幾個問題是非常非常重要的!現(xiàn)在我們很多安全事故,是電器安全事故導(dǎo)致的,比如說我們的驅(qū)動電機控制器電力電子器件IGBT損壞、短路。這不是內(nèi)短路,而是外短路,大電流的短路,容易造成事故。
碰撞安全,比如電池碰撞之后就會變形,變形之后就會撕裂,撕裂之后就會短路,短路就會引起事故。所以電動汽車的碰撞安全也是非常重要的方面。比如說日產(chǎn)電動汽車一次安全事故都沒有發(fā)生,現(xiàn)在全球已經(jīng)有20多萬輛車了。當(dāng)初日本發(fā)生地震海嘯,這些車泡在水里面都沒有發(fā)生事故,因為整車碰撞安全做得非常好,也就是說電池被保護(hù)得非常好,本身沒有多大變形。
還有一個是電池泡水問題,前一段時間各地下暴雨,有一個視頻:所有的車都趴下了,只有電動汽車在水里面像艦艇一樣前進(jìn),大家都點贊。因為燃油車的排氣管一浸到水里車就不能走了。電動汽車只要密封做得好,也就是防水防塵做得好就沒事。
做好防水也不是那么容易的,電池是有試驗的。電池有火燒試驗、碰撞試驗、跌落試驗、彎曲試驗、針刺試驗等好多種。其中也有泡水試驗,有半進(jìn)水、全浸泡、還有小孔灌水試驗等各種各樣的濫用試驗。標(biāo)準(zhǔn)IP67可以浸到水里一米、一小時的試驗。現(xiàn)在這種泡水試驗,光做電池是不夠的,必須做整車才行,為什么?光用一個電池泡水可能沒問題,水進(jìn)不去,但是放到車上可能就進(jìn)水了,因為車的環(huán)境是動態(tài)的,放在實驗室是靜態(tài)的,靜態(tài)的試驗沒問題,但是一放進(jìn)車?yán)锟赡芫统鰡栴},這需要做大量的試驗。
幾個星期之前,南京大雨后大客車發(fā)生的事故,就是因為電池隨車在水里泡久了發(fā)生的事故。所以要把密封做好,這也是整車企業(yè)要做的,也就是碰撞、電器、防水防塵這三個大的方面。
下一步,為了把安全做好,百人會的安全報告也有一系列的建議,比如關(guān)于地下車庫的充電樁的安全標(biāo)準(zhǔn)怎么論證?我們要強化認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。比如電池檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步優(yōu)化,比從注重單體電池慢慢向強調(diào)整個系統(tǒng)轉(zhuǎn)變。再比如要搞電動車的年檢。為什么要搞年檢?比如防水防塵問題,新車質(zhì)量是好的,第二年、第三年是不是好的?年年都需要看一下。年年要到4S店全充全放一下,需要儀器測試。所以燃油車有年檢,電動車為了安全起見也需要年檢。
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