提升動(dòng)力電池安全性,廠商都做了什么?

根據(jù)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局的數(shù)據(jù)，2018年國(guó)內(nèi)至少發(fā)生40起涉及新能源汽車的火災(zāi)事故，今年4月起，又接二連三發(fā)生電動(dòng)汽車起火冒煙事故，動(dòng)力電池安全性是一個(gè)敏感的話題，又是一個(gè)不能回避的話題。

其實(shí)哪怕沒(méi)有這么多自燃事件，電池安全也一直是電動(dòng)汽車高壓安全和功能安全最重要的一部分。

比如這幾年高壓安全成為歐洲消防員必備培訓(xùn)的科目，因?yàn)殡姵責(zé)崾Э貧怏w燃燒的特殊性：氫氣本身燃燒的時(shí)候火焰是無(wú)色的，無(wú)法觀察下很有可能直接走入火焰中。另外電池自燃的時(shí)候自帶氧化劑和還原劑，所以對(duì)于電池包的滅火往往只是覆蓋封存防止蔓延。

另外也正是因?yàn)?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/2692/" target="_blank">鋰電池的不穩(wěn)定，電池包控制系統(tǒng)BMS也成為整車上和剎車相關(guān)的ESP重要性平齊的關(guān)鍵安全系統(tǒng)。在電動(dòng)汽車上，BMS往往和ESP一樣需要達(dá)到功能安全認(rèn)證的最高等級(jí)ASIL D。

有很多原因都可能會(huì)導(dǎo)致電池?zé)崾Э兀屑?a href="http://srfitnesspt.com/v/tag/1751/" target="_blank">硬件的因素：碰撞，內(nèi)部外部短路，或者個(gè)別電池單體的熱失控而導(dǎo)致的整體電池包連鎖反應(yīng)。也有可能是軟件控制導(dǎo)致的，比如電池過(guò)充，電壓電流過(guò)高，或者主動(dòng)冷卻系統(tǒng)失效。

這也是為什么從硬件角度來(lái)說(shuō)，電池單體的選型，電池包的結(jié)構(gòu)和材料，具體在車身上的布置，以及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都會(huì)對(duì)電池安全造成影響。

就像Tesla的電池包平攤放置在中央地板上，一般追尾的時(shí)候相對(duì)于放置于后備廂的電池包可以有效避免沖擊，但是卻更容易因?yàn)榈妆P(pán)刮蹭而受損。

而在軟件控制層面上，為了避免過(guò)充，SOC（state of charge）計(jì)算是否準(zhǔn)確，根據(jù)SOC而設(shè)定的充電和防電電流和電壓限值是否合適，以及對(duì)電池包具體溫度的監(jiān)控是否有效等等都會(huì)影響到電池安全。

最近的一起蔚來(lái)自燃事故初步分析的原因就是因?yàn)椴迦氤潆姌屩蠓磸?fù)復(fù)充導(dǎo)致的，而復(fù)充邏輯本身則完全是控制軟件部分的設(shè)計(jì)。

正是因?yàn)楦邏弘姵氐牟环€(wěn)定性和各種頻發(fā)的自燃事件，這兩年各大主機(jī)廠都在從硬件和軟件兩方面下手改進(jìn)電池包，尤其是安全相關(guān)的設(shè)計(jì)。

目前在市場(chǎng)上已經(jīng)有大量廠商開(kāi)始使用軟包電池。尼桑的Leaf和通用的Volt電池包所使用的都是軟包電池單體。在歐洲大部分歐洲廠商也開(kāi)始使用軟包電池，包括奧迪的e-tron和捷豹I-PACE。

Tesla在2019年花2億美元買下做超級(jí)電容和電池的公司——Maxwell，他們所展示的最新技術(shù)就是在10Ah軟包電池上應(yīng)用的干電極涂層，相對(duì)于以往的濕電極涂層可以大幅降低電池在防電電流下的內(nèi)阻容量損失，能量密度也可以超過(guò)300Wh/kg，未來(lái)計(jì)劃達(dá)到500Wh/kg，遠(yuǎn)高于目前Tesla 250Wh/kg左右的能量密度。而Tesla本身最為看重的就是電池的能量密度和單位成本，未來(lái)很難排除Tesla轉(zhuǎn)為使用Maxwell軟包的可能。

在國(guó)內(nèi)，寧德時(shí)代去年開(kāi)始供應(yīng)量產(chǎn)三元軟包鋰電池，而億緯鋰能子公司億緯集能收到現(xiàn)代起亞軟包電池訂單，未來(lái)六年訂單需求將達(dá)13.48GWh。恒大最近除了控股國(guó)能汽車，收購(gòu)了英國(guó)的Protean輪轂電機(jī)公司，還以10.6億人民幣收購(gòu)電池公司卡耐新能源。

在國(guó)內(nèi)的自主車企中，卡耐新能源首先一批開(kāi)始供貨軟包電池的是前途體系下的三電系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)模塊——華特電動(dòng)，并且被用在去年上市的前途K50車型上。

華特電動(dòng)在2013年就確定三元鋰材料軟包電芯技術(shù)路線，主要原因也正是因?yàn)閺拈L(zhǎng)期來(lái)看軟包未來(lái)能量密度提升和成本降低的潛力最大，布置靈活有益于電池“標(biāo)準(zhǔn)箱“的策略。同時(shí)在安全方面，單體提升容量減少數(shù)量后，整體系統(tǒng)可靠性和安全性相對(duì)眾多的圓柱電池更高。

2020年前后不少這兩年新上市的電動(dòng)汽車都進(jìn)入耐久性和可靠性的關(guān)鍵考驗(yàn)期，可以預(yù)見(jiàn)的是會(huì)有越來(lái)越多的電池相關(guān)問(wèn)題浮現(xiàn)出來(lái)。

除了新的電池單體選型，關(guān)于電池安全目前主機(jī)廠和供應(yīng)商還在冷卻系統(tǒng)、單體熱絕緣系統(tǒng)上改進(jìn)設(shè)計(jì)，一方面避免熱失效，另一方面也在盡量將可能出現(xiàn)的熱失效控制在小范圍內(nèi)。

其他改進(jìn)還體現(xiàn)在BMS電池控制系統(tǒng)的軟件和控制策略上，不少?gòu)S商開(kāi)始追求BMS最高功能安全ASIL D認(rèn)證，并添加各類冗余設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步提升安全。