特斯拉起火背后 防范動力電池安全“灰犀牛”

在動力電池的安全實(shí)現(xiàn)上，從電池企業(yè)的角度，應(yīng)該具體做哪方面的提升，來真正防范這個“灰犀牛”？

在電動汽車全面市場化的征途上，安全始終是一把高懸在頂?shù)摹斑_(dá)摩克利斯之劍”。

上海車展還沒結(jié)束，沉浸在興奮中的新能源汽車行業(yè)就迎來了一個毫無征兆的“黑色星期一”。4月21日晚，上海徐匯區(qū)某小區(qū)地下車庫，一輛ModelS在沒有碰撞的情況下發(fā)生自燃，從流傳出的視頻來看，先是冒出大量白煙，進(jìn)而起火燃燒，并引發(fā)了周圍車輛的起火燃燒。

整個周一，特斯拉起火視頻在朋友圈瘋狂傳播，正當(dāng)網(wǎng)友用“又又雙叒叕”來感嘆其起火的頻次之高時，當(dāng)天下午，西安蔚來授權(quán)服務(wù)中心一輛正在維修中的ES8發(fā)生燃燒，從網(wǎng)上流傳的圖片顯示，該輛ES8損毀非常嚴(yán)重，車架幾乎燃燒殆盡。

一天之內(nèi)，連續(xù)兩起電動汽車自燃事故，且都是國內(nèi)外明星級車企的電動汽車產(chǎn)品，這不禁讓業(yè)內(nèi)人士為剛剛開啟的電動汽車市場“捏了一把冷汗”。

事實(shí)上，如果把時間線再往前追溯，會發(fā)現(xiàn)，電動汽車起火燃燒的事故案例正在增多，尤其是自2018年以來，在國內(nèi)外已經(jīng)頻繁發(fā)生過多起電動汽車安全事故。

高工鋰電不完全統(tǒng)計(jì)，2018年，僅國內(nèi)爆出的電動汽車安全事故就超過40起，這些事故嚴(yán)重危及行業(yè)形象和公眾對于電動車的信心。

電動汽車在完成了從0到1之后，正在進(jìn)入大規(guī)模市場化的快車道，在這個時間節(jié)點(diǎn)，安全問題有可能成為全行業(yè)的一個“不定時炸彈”。尤其是當(dāng)下的行業(yè)趨勢下，安全風(fēng)險更大的高鎳體系動力電池開始逐步進(jìn)入配套應(yīng)用階段。

中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高在多個公開場合已經(jīng)反復(fù)指出，電動汽車面臨的最大風(fēng)險，就是電池安全性。

事實(shí)上，歐陽明高的擔(dān)心并非“危言聳聽”，梳理分析國內(nèi)電動汽車起火事件，大部分原因都指向了電池環(huán)節(jié)，具體而言，絕大部分都是由于電池?zé)崾Э厮l(fā)。

所謂的熱失控，是指動力電池在工作的時候會發(fā)熱，當(dāng)電池溫度過高或充電電壓過高時，電池內(nèi)部會產(chǎn)生連鎖的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致電池內(nèi)壓和溫度急劇上升，引發(fā)電池?zé)崾Э夭⒆罱K導(dǎo)致燃燒。

而如果對于電池?zé)崾Э氐脑蛟龠M(jìn)行追溯，則具體涵蓋了過熱、過充、內(nèi)短路、碰撞等多重因素。

通過分析去年以來的起火事故，歐陽明高得出的結(jié)論是，動力電池在產(chǎn)品質(zhì)量上還存在不少明顯的問題，這主要體現(xiàn)為三類，第一，電池產(chǎn)品測試驗(yàn)證不足；第二，車輛使用過程中可靠性變化；第三，充電安全管理技術(shù)有問題。

如果用產(chǎn)品質(zhì)量問題可以來解釋去年國內(nèi)的電動汽車安全事故，那么對于特斯拉接連爆出的自燃事故，就不能單一的從質(zhì)量角度去分析，更多的可能還包括材料體系選擇、電芯設(shè)計(jì)與系統(tǒng)防護(hù)等環(huán)節(jié)來進(jìn)行追溯與反思。

從動力電池企業(yè)的角度來考量，包括歐陽明高在內(nèi)的多位業(yè)內(nèi)專家和企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人都向高工鋰電強(qiáng)調(diào)，一定要從系統(tǒng)著眼，從材料選擇與控制、電芯級規(guī)格選型與設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造品質(zhì)控制、模組及pack級的安全防護(hù)、整車驗(yàn)證、使用環(huán)節(jié)操作等多個層面出發(fā)來做更全面的。

在動力電池的安全實(shí)現(xiàn)上，從電池企業(yè)的角度，應(yīng)該具體做哪方面的提升，來真正防范這個“灰犀牛”，高工鋰電通過與行業(yè)專家、產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)的深度交流，提出了以下建議：

一是在材料的選擇上，核心材料的選擇對于最終的電芯產(chǎn)品安全會直接產(chǎn)生影響。

容百科技一位技術(shù)負(fù)責(zé)人向高工鋰電介紹，電芯的安全很大程度上取決于核心材料，尤其是對于高鎳三元體系而言，正極材料的金屬異物含量、殘余鋰以及PH值，會對電芯的安全性能影響非常大。

高工鋰電獲悉，事實(shí)上，包括寧德時代、三星、遠(yuǎn)景AESC等國際企業(yè)對于正極材料核心關(guān)鍵指標(biāo)有嚴(yán)格的要求，譬如殘留鋰需要控制2000ppm以內(nèi)，PH值11在以內(nèi)，金屬異物在20ppb以內(nèi)。對此，業(yè)內(nèi)專家的建議是，國內(nèi)電電池企業(yè)要在材料的核心指標(biāo)控制上，提出明確的要求。

二是在電芯、模組、Pack設(shè)計(jì)與工藝過程設(shè)定上，要做好安全冗余和監(jiān)控預(yù)警。

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，首先是電芯要確?；瘜W(xué)穩(wěn)定性，要選擇穩(wěn)定的材料，并通過嚴(yán)格評估測試它的穩(wěn)定性；在模組部分，通過結(jié)構(gòu)來保護(hù)電芯免受到?jīng)_擊。第三個階段是pack，除了物理上的保護(hù)措施，關(guān)鍵是要通過BMS對電芯模組進(jìn)行故障診斷，監(jiān)測異常發(fā)生，并預(yù)測可能出現(xiàn)的問題，從而對問題進(jìn)行管控。

這其中，多家頭部動力電池企業(yè)都向高工鋰電強(qiáng)調(diào)，無論是在電芯、模組還是在pack環(huán)節(jié)，都要充分考慮FMEA，確保設(shè)計(jì)留安全余量。

同時在工藝過程的設(shè)定上，加入安全工藝設(shè)定，排除瑕疵電芯，確保產(chǎn)品一致性；制造嚴(yán)控質(zhì)量，確保足夠覆蓋所有FMEA失效模式的監(jiān)控點(diǎn)，做到產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)據(jù)的可追溯、可追蹤。

此外，在pack及BMS設(shè)計(jì)上，要有安全預(yù)警策略，在電池系統(tǒng)里開發(fā)裝置安全預(yù)警系統(tǒng)，緊急情況下，提前切斷電路，避免熱失控發(fā)生。BMS要起到保護(hù)電池的作用，監(jiān)測到溫度急劇上升就要報(bào)警，哪怕停車鎖車狀態(tài)。車輛要能夠接受到BMS的報(bào)警，及時反應(yīng)（聲光報(bào)警，通知車主）。

三是在量產(chǎn)前的測試與驗(yàn)證上，要做好充分的驗(yàn)證。

事實(shí)上，這也是目前國內(nèi)動力電池領(lǐng)域目前面臨的最大問題，一方面產(chǎn)品換代迅速，另一方面測試驗(yàn)證需要耗時耗力且設(shè)計(jì)參考經(jīng)驗(yàn)缺乏，這也是導(dǎo)致近年來事故頻發(fā)的重要原因。

他山之石，可以攻玉。全國人大代表、遠(yuǎn)景集團(tuán)CEO張雷在今年的兩會建議中提到，國際傳統(tǒng)知名車企的開發(fā)流程，測試驗(yàn)證環(huán)節(jié)相當(dāng)充分，在產(chǎn)品推出前已經(jīng)將安全風(fēng)險控制到最低水平。這些車企也掌握著汽車使用工況的核心參數(shù)，在模組和pack層級的測試驗(yàn)證方案也更加充分、合理。和張雷的觀點(diǎn)一樣，多為業(yè)內(nèi)人士都建議，動力電池企業(yè)要借鑒傳統(tǒng)車企開發(fā)流程和測試環(huán)節(jié)的經(jīng)驗(yàn)，并在產(chǎn)品測試環(huán)節(jié)做好充分的驗(yàn)證。

就在上周上海車展上舉行的遠(yuǎn)景AESC戰(zhàn)略發(fā)布會上，張雷同樣表達(dá)了和歐陽明高類似的觀點(diǎn)，他認(rèn)為，安全電池安全是電動汽車行業(yè)最大的“灰犀?！薄Ｒ彩腔趯τ诎踩牡目剂?，遠(yuǎn)景在切入動力電池領(lǐng)域時，選擇了日本企業(yè)AESC，一家由日產(chǎn)和NEC合資成立的電池企業(yè)，過去12年，這家企業(yè)創(chuàng)造了配套43萬輛電動汽車，9年行駛積累0嚴(yán)重事故的記錄。

四是基于物聯(lián)科技，實(shí)現(xiàn)全生命周期的安全性防護(hù)。

電池是有機(jī)的化學(xué)體系：溫度、功率、電壓、電流、電量、內(nèi)阻等等每一個物理量都時時刻刻影響電芯的安全和健康程度。并且受到駕駛員的操作習(xí)慣以及駕駛環(huán)境的影響。通過實(shí)時收集電池包相關(guān)數(shù)據(jù)和駕駛行為以及環(huán)境之間的關(guān)系，再通過大數(shù)據(jù)的分析和對比，實(shí)現(xiàn)電池健康度的預(yù)測和安全管理將是一個可行方案。

通過大數(shù)據(jù)分析電池性能和安全相關(guān)參數(shù)與駕駛行為和駕駛環(huán)境參數(shù)的關(guān)系，評估電池的健康程度并且給出量化，可以將電池和整車的健康度用量化的形式實(shí)時呈現(xiàn)給駕駛員，一旦有部分部件存在高風(fēng)險，系統(tǒng)可以提示駕駛員進(jìn)行更換，或者采取預(yù)防措施。同時實(shí)時呈現(xiàn)健康度，并且告知駕駛員可以如何調(diào)整駕駛方式來提高電池和整車的健康度。從而達(dá)到跟駕駛員良性互動，提高整個系統(tǒng)安全的目的。

包括歐陽明高在內(nèi)的業(yè)內(nèi)人士的一致判斷是，安全技術(shù)是動力電池的第一核心技術(shù)，也是電池技術(shù)革命性突破的第一重點(diǎn)，是電動汽車可持續(xù)發(fā)展的生命線。

面對動力電池安全“灰犀?！保芊瘾@得更大的突破和進(jìn)展，將決定了動力電池企業(yè)在接下來能夠走多遠(yuǎn)：“高鎳時代，安全將始終是車企和電池企業(yè)必須時刻警醒的達(dá)摩克里斯之劍，從材料-電芯-模組-pack-車，每一個環(huán)節(jié)的疏忽都可能導(dǎo)致不可挽回的損失。”