鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1330次 | 2019年04月23日
如何在高能量密度和提高安全性間取得平衡
新能源汽車起火事件頻繁進(jìn)入大眾視野，行業(yè)由“里程焦慮”轉(zhuǎn)入“安全焦慮”。多位業(yè)內(nèi)人士告訴記者，新能源汽車安全事故主要由動(dòng)力電池熱失控所引起。熱失控原因錯(cuò)綜復(fù)雜，事故源頭難以明確，安全性問題應(yīng)得到高度重視。
業(yè)界不斷反思電動(dòng)汽車的安全問題，盲目追求高能量密度成為焦點(diǎn)。多位專業(yè)人士指出，理論上電池能量密度與安全性成反比。企業(yè)追求高能量密度，安全問題隨之暴露。雖然未能明確已發(fā)生的起火事件與追求能量密度存在多大相關(guān)性，但隨著高鎳三元電池進(jìn)入市場，新能源汽車面臨更高的安全技術(shù)要求。
如何在高能量密度和提高安全性間取得平衡，成為當(dāng)前業(yè)內(nèi)亟待解決的一大難題。各家企業(yè)則從單體電芯、模組設(shè)計(jì)和電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)多個(gè)層級(jí)提高整體安全性。
安全焦慮
“2018年新能源汽車發(fā)生數(shù)起召回事件，逐漸走出里程焦慮的新能源汽車似乎陷入安全焦慮困局。”這是一位新能源汽車裝備行業(yè)上市公司高管發(fā)出的感慨。起火事件頻繁進(jìn)入大眾視野，新能源汽車安全問題被提及的頻率越來越高。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2018年10月底，國家市場監(jiān)督管理總局相關(guān)負(fù)責(zé)人稱，據(jù)掌握的輿情信息，2018年已發(fā)生新能源汽車起火事件40余起。鑒于車輛火災(zāi)事故可能與電器線路、燃料電池等因素相關(guān)，且部分證據(jù)在燃燒過程中消失或發(fā)生變化，缺陷調(diào)查非常困難。截至2018年10月底，該局已組織缺陷產(chǎn)品管理中心啟動(dòng)新能源汽車缺陷調(diào)查10起，會(huì)同相關(guān)部門開展火災(zāi)事故現(xiàn)場調(diào)查5次，督促相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)實(shí)施召回5次。其中，召回涉及5家企業(yè)24個(gè)車型的3.56萬缺陷車輛，缺陷原因多為電控和機(jī)械故障。
“正常行駛情況下，電動(dòng)車極少會(huì)發(fā)生安全事故，電動(dòng)車起火一般發(fā)生碰撞、靜止、水浸等特殊場景?！鄙钲谀炒笮碗姵貜S商研發(fā)工程師告訴中國證券報(bào)記者。
該人士指出，單從材料體系來看，新能源汽車起火風(fēng)險(xiǎn)要比傳統(tǒng)燃油車高?！颁囀菈A金屬里的活潑金屬，電動(dòng)汽車裝載的鋰離子電池本身就是一個(gè)能量體，發(fā)生嚴(yán)重碰撞會(huì)有起火危險(xiǎn)。而燃油車基本不存在自燃或爆炸風(fēng)險(xiǎn)，即便撞到油箱，油漏出來后，只要沒有明火點(diǎn)燃，基本不會(huì)發(fā)生爆炸?！?/p>
“電動(dòng)車誕生之初，行業(yè)對(duì)其裝載的鋰電池活潑性就有預(yù)知，所以一直高度重視汽車安全性問題。2018年以來，多起新能源汽車起火事件加大了消費(fèi)者擔(dān)憂，社會(huì)關(guān)注度一下起來了。”她告訴記者。
原國家863電動(dòng)車重大專項(xiàng)動(dòng)力電池測試中心主任王子冬強(qiáng)調(diào)，新能源汽車起火原因未明，安全性問題更應(yīng)該得到重視?！暗降啄膫€(gè)環(huán)節(jié)出了問題目前還沒有調(diào)查清楚，是生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制?還是后期使用中出現(xiàn)的問題?什么樣的場景下會(huì)出現(xiàn)問題，現(xiàn)在都說不清楚?！?/p>
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
安全性的擔(dān)憂隨著新能源汽車保有量不斷攀升而加大。據(jù)中汽協(xié)統(tǒng)計(jì)，2018全年新能源汽車銷售125.6萬輛，同比增長61.7%。據(jù)平安證券披露的研報(bào)，2018年全國新能源汽車保有量達(dá)261萬輛，占汽車總量的1.09%。從統(tǒng)計(jì)情況看，近五年新能源汽車保有量年均增加50萬輛。
“隨著新能源汽車保有量越來越多，安全事故數(shù)量也在攀升。現(xiàn)在發(fā)生安全事故的新能源汽車主要是2016年、2017年生產(chǎn)的。隨著汽車技術(shù)不斷提升，起火概率逐步降低，但目前的安全事故比例仍偏高，應(yīng)該引起行業(yè)重視?！睒I(yè)內(nèi)人士告訴中國證券報(bào)記者。
探究原因
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，新能源汽車安全事故主要由動(dòng)力電池?zé)崾Э卦斐伞Ｉ鲜錾钲谀炒笮碗姵貜S商研發(fā)工程師指出，熱失控是指電池內(nèi)部短路導(dǎo)致正負(fù)極接觸，內(nèi)部溫度不斷升高引發(fā)電池芯體起火，進(jìn)而蔓延到周圍電芯。
“熱失控僅僅是結(jié)果。電池?zé)崾Э卦蝈e(cuò)綜復(fù)雜，這也是業(yè)內(nèi)認(rèn)為事故源頭難以明確的主要原因?！蹦橙绦履茉雌嚪治鰩熤赋?。
嚴(yán)重碰撞和電池過充被認(rèn)為是引發(fā)電池?zé)崾Э氐膬纱笤??！斑@兩類場景都容易導(dǎo)致熱失控。嚴(yán)重碰撞會(huì)令電芯變形，導(dǎo)致內(nèi)短路并引發(fā)熱失控。另外一種情況是電池過充。正常情況下如果電池過充，BMS(電池管理系統(tǒng))有斷電保護(hù)功能。當(dāng)BMS管理失效的時(shí)候，電量驅(qū)使鋰離子不斷聚集最終造成熱失控?！币晃徊辉妇呙臉I(yè)內(nèi)人士指出。
業(yè)界在不斷反思汽車安全性問題，盲目追求高能量密度成為討論焦點(diǎn)。
電池的能量密度指的是電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。真鋰研究首席分析師墨柯指出，按照鎳鈷錳的比例，三元可以分為523、622、811多個(gè)體系。目前市場主流電池體系為523，高鎳三元材料(622、811)由于具備高能量密度優(yōu)勢成為行業(yè)研發(fā)重點(diǎn)。
“從三元材料體系本身來說，鎳的含量越高，安全性越來越差?！鄙鲜錾钲谀炒笮碗姵貜S商研發(fā)工程師指出，“能量密度跟安全性相當(dāng)于杠桿的兩端，一端高，另一端就低，很難平衡。隨著電池能量密度越來越高，單位體積或質(zhì)量聚集的能量越大，安全性越來越差，暴露的問題就越多?！?/p>
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，從市場情況出發(fā)，行業(yè)確實(shí)存在提高能量密度、增加續(xù)航能力的內(nèi)在需求。
續(xù)航能力一直被認(rèn)為是評(píng)價(jià)新能源汽車性能的關(guān)鍵指標(biāo)。為了提高續(xù)航里程，新能源汽車補(bǔ)貼政策直接與電池能量密度掛鉤。根據(jù)2018年6月實(shí)施的補(bǔ)貼政策，電池系統(tǒng)能量密度補(bǔ)貼門檻由2017年的90Wh/kg提升至105Wh/kg，105(含)-120Wh/kg的車型按0.6倍補(bǔ)貼，120(含)-140Wh/kg的車型按1倍補(bǔ)貼，140(含)-160Wh/kg的車型按1.1倍補(bǔ)貼，160Wh/kg及以上的車型按1.2倍補(bǔ)貼。
“為拿到補(bǔ)貼，很多廠商盲目追求高能量密度，犧牲了部分安全性。前幾年我們就很擔(dān)憂事故風(fēng)險(xiǎn)?！鄙鲜鰳I(yè)內(nèi)人士指出。舉個(gè)例子，乘用車尺寸相對(duì)比較小，想要增加里程，只能放更多的電池或排列得更擠。很多電池廠就將安全冷卻方式從液冷改為風(fēng)冷。液冷的冷卻效果更佳，但管道、系統(tǒng)占空間，導(dǎo)致電池包能量密度下降。相比之下，風(fēng)冷系統(tǒng)占據(jù)空間小但效果一般，一定程度上增加了安全風(fēng)險(xiǎn)。
該人士同時(shí)強(qiáng)調(diào)，由于電池開發(fā)周期和補(bǔ)貼退坡周期不匹配，盲目追求補(bǔ)貼導(dǎo)致電池驗(yàn)證不足，進(jìn)而引發(fā)安全問題?！把a(bǔ)貼退坡的政策周期通常為一年重新發(fā)布，一款新的新能源車開發(fā)周期包括設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、測試、量產(chǎn)、調(diào)試等，單從設(shè)計(jì)到量產(chǎn)就至少需要一年時(shí)間。如果按正常節(jié)奏開發(fā)，可能上不了最新的補(bǔ)貼目錄。這就倒逼行業(yè)縮短設(shè)計(jì)、驗(yàn)證流程，可能留下安全隱患。”
但上述深圳某大型電池廠商研發(fā)工程師告訴記者，頭部廠商技術(shù)能力較強(qiáng)，用一代電池產(chǎn)品的同時(shí)，能夠儲(chǔ)備一代、開發(fā)一代，驗(yàn)證上比較充分。同時(shí)，多位業(yè)內(nèi)人士表示，不能完全把電池安全問題歸咎于過度追求能量密度。
墨柯指出，雖然電池安全性問題與過度追求能量密度有比較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，但電動(dòng)汽車安全問題不一定由電池引起，也有可能是電機(jī)、電控、整車設(shè)計(jì)等方面出了問題。即便是電池問題，也不一定就是能量密度高所致，電池一致性不夠也可能是原因。
上述業(yè)內(nèi)人士指出，在補(bǔ)貼退坡的情況下，動(dòng)力電池拼命降成本可能也是一個(gè)因素。比如，有些企業(yè)為了降低成本，采用無陶瓷涂覆或者涂覆工藝較差的隔膜。再加上目前隔膜普遍更薄，這樣電池就存在穿刺的風(fēng)險(xiǎn)，可能造成內(nèi)短路。
王子冬強(qiáng)調(diào)，對(duì)高能量密度的追求在一定程度上加大了新能源汽車的安全性問題，但目前還沒有確鑿的數(shù)據(jù)證明高能量密度和新能源汽車起火存在強(qiáng)相關(guān)性。“2018年新能源汽車的能量密度提高得很快，會(huì)不會(huì)出問題要看2019年的事故具體情況?！?/p>
“問題的核心在于行業(yè)缺乏充分的技術(shù)儲(chǔ)備，進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)和制造的時(shí)機(jī)仍未成熟，就批量商業(yè)化推廣風(fēng)險(xiǎn)較大。其中還有很多安全性問題沒有搞清楚，導(dǎo)致后續(xù)很多安全事故出現(xiàn)?！彼麖?qiáng)調(diào)。
尋找對(duì)策
“電池起火事件和追求能量密度有多大相關(guān)性還很難講清楚。但從理論上講，能量密度越高，安全性越差，高能量密度電池面臨的安全技術(shù)要求肯定更高。”上述業(yè)內(nèi)人士指出。
2018年12月18日，國家發(fā)展和改革委員會(huì)發(fā)布《汽車產(chǎn)業(yè)投資管理規(guī)定》，在動(dòng)力電池投資方面取消了“能量型車用動(dòng)力電池單體比能量應(yīng)不低于300Wh/kg，系統(tǒng)比能量應(yīng)不低于220Wh/kg”的要求。
“取消這個(gè)指標(biāo)，一方面不希望太過于追求能量密度，從而忽視電池其他性能。另一方面，從材料體系本身來說，很難發(fā)展那么快達(dá)到原定的能量密度指標(biāo)?！鄙鲜錾钲谀炒笮碗姵貜S商研發(fā)工程師指出。
東方證券分析師在研報(bào)中指出，能量密度強(qiáng)制性要求取消旨在將電池技術(shù)升級(jí)的驅(qū)動(dòng)力由政策主導(dǎo)向市場按需推進(jìn)轉(zhuǎn)變。動(dòng)力電池在補(bǔ)貼政策的刺激下，經(jīng)歷了NCM111→NCM523→NCM622→NCM811技術(shù)升級(jí)路線，過快的技術(shù)升級(jí)帶來一定的安全隱患。因此，動(dòng)力電池技術(shù)升級(jí)節(jié)奏將放緩，控成本將成為首要任務(wù)。但技術(shù)升級(jí)大趨勢仍不變。
墨柯認(rèn)為，補(bǔ)貼完全退出后，對(duì)能量密度的追求會(huì)適當(dāng)降溫。但從更長遠(yuǎn)來看，電動(dòng)汽車發(fā)展面臨的最大問題仍是里程問題，解決這個(gè)問題的最好辦法就是提高電池能量密度，而不是多裝電池，追求高能量密度仍是大勢所趨。
“補(bǔ)貼退出后，電池廠或車企在能量密度選擇上會(huì)由市場主導(dǎo)，根據(jù)消費(fèi)者的需要推出相應(yīng)車型，切切實(shí)實(shí)考慮到消費(fèi)者的需求?！鄙鲜錾钲谀炒笮碗姵貜S商研發(fā)工程師指出。
天風(fēng)證券分析師楊藻認(rèn)為，新能源乘用車追求高能量密度長期趨勢不會(huì)改變。一方面是市場驅(qū)動(dòng)，消費(fèi)者希望車輛有更高的續(xù)航能力;另一方面，乘用車裝載電池空間有限，如果電池能量密度較低，裝載電池過多會(huì)導(dǎo)致后備箱空間縮減或者后排座椅突出。
隨著高鎳三元材料成為研發(fā)重點(diǎn)，如何在高能量密度和提高安全性間取得平衡，成為當(dāng)前業(yè)內(nèi)亟待解決的一大難題。各家企業(yè)則基于自身所處的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)紛紛提出解決方案。
上述深圳某大型電池廠商研發(fā)工程師指出：“提高安全性主要是從三個(gè)層級(jí)來做，包括單體電芯、模組設(shè)計(jì)和電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來提高整體安全性。單體電芯方面，可以通過在電解液中加入添加劑降低其易燃性，提高隔膜耐溫性，或者提高正極材料穩(wěn)定性等方式來改進(jìn);模組設(shè)計(jì)方面，通過加強(qiáng)溫控設(shè)計(jì)、BMS充電管理或者改變單體連接方式提高安全性;車輛層面，可以通過電池的位置擺放以更好地散熱。安全問題非常重要，各個(gè)層級(jí)都有方案在做?！?/p>
浙江凌志新材料有限公司研究院院長張春暉指出，電芯企業(yè)在平衡能量密度和安全方面做了許多努力。另一條提高安全性的途徑在PACK系統(tǒng)層面，通過新材料應(yīng)用提高安全性能，可能比單純提高電芯安全性更有效率。
動(dòng)力電池安全性引發(fā)了相關(guān)部門的重視。2019年1月10日，中汽協(xié)、中國汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟、中國電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟聯(lián)合組織行業(yè)編制的《電動(dòng)汽車安全指南》正式發(fā)布。指南系統(tǒng)研究梳理從設(shè)計(jì)、供應(yīng)鏈管理、生產(chǎn)、售后、運(yùn)維控制等過程的安全性風(fēng)險(xiǎn)，形成安全管理保障體系。
中國汽車工業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)副會(huì)長董揚(yáng)指出，電動(dòng)汽車的發(fā)展勢不可擋，但對(duì)于安全，全世界都沒有研究透徹，在國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)還沒有正式實(shí)施之前，短期政府制定規(guī)則并不現(xiàn)實(shí)。因此，協(xié)會(huì)牽頭聯(lián)合行業(yè)制定一個(gè)安全指南，以參考性和指導(dǎo)性為原則給行業(yè)指導(dǎo)。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，指南的推出將對(duì)提高新能源汽車安全性、促進(jìn)新能源汽車健康發(fā)展起到重要作用。
