位來賓，大家下午好！最近電動(dòng)汽車事故非常引人關(guān)注，所以我今天重點(diǎn)來說一下電動(dòng)汽車的安全性問題。我想分四個(gè)方面給大家介紹，首先是電動(dòng)汽車事故統(tǒng)計(jì)。這是近年以來國外電動(dòng)汽車自燃起火的原因匯總，主要是碰撞后起火。其實(shí)燃油車碰撞之后也會(huì)起火，這是國內(nèi)統(tǒng)計(jì)的起火的情況。國內(nèi)起火主要有這么幾個(gè)特征：第一，是三元電池為主，磷酸鐵鋰也有，主要是三元電池，超過一半。第二，圓柱形電池為主，這是其中一個(gè)比較主要的類型，因?yàn)樗卿摎?，卷的比較緊，所以一旦發(fā)生熱失控，它會(huì)爆炸，之后會(huì)引燃其他電池。第三，充電失火的事故占比比較大。一般來說電池如果放電到一定深度之后不會(huì)熱失控，熱失控一般都是在滿電狀態(tài)，所以在充電的時(shí)候容易引起，因?yàn)槌潆姷臅r(shí)候，電池與充電系統(tǒng)連在一起，又是熱失控最容易的時(shí)候，同時(shí)還有高壓電器的短路等等，都會(huì)容易引起事故。還有，從車型的角度，新舊車型都有，電池的系統(tǒng)比能量并不是很高，因?yàn)楝F(xiàn)在發(fā)生事故的主要是前幾年裝的車，總體來看系統(tǒng)比能量并不是非常高，并不是我們所認(rèn)為的非常高的比能量電池。

 

電池?zé)崾Э貞?yīng)該說是這些事故的主因，什么叫電池的熱失控呢？電池溫度到達(dá)一定時(shí)候電池就會(huì)有連鎖的負(fù)反應(yīng)，放熱的反應(yīng)，所以溫度快速上升，最高的速度可以達(dá)到每秒鐘溫升接近1千度，所以它的速度是非常快的。

 

熱失控是什么引起的呢？首先是電池過熱了，剛才說了，電池?zé)崃瞬艜?huì)熱失控，過熱的原因有各種各樣的，有可能是電池包本身溫度不均勻，有局部區(qū)域溫度高，過充過放、外短路、內(nèi)短路等等這些電的原因會(huì)放熱，還有機(jī)械原因，比方進(jìn)水、密封不好、碰撞等等。

 

下面我們看看最近這些事故的主體原因，我們認(rèn)為是產(chǎn)品質(zhì)量問題。產(chǎn)品質(zhì)量問題就是指產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造、驗(yàn)證、使用過程中沒有嚴(yán)格遵守相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。主要有三類，第一，電池產(chǎn)品測(cè)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。下面我們來分析一下這幾個(gè)方面。

 

首先，電池產(chǎn)品測(cè)試驗(yàn)證不足。由于補(bǔ)貼退坡的政策周期是一年一次，與產(chǎn)品的開發(fā)周期總體來看不是很匹配，比如說我們化學(xué)材料體系的改進(jìn)一般要一年以上，但是因?yàn)槠髽I(yè)跟著補(bǔ)貼的指揮棒走，盲目的追求高比能量，縮短了測(cè)試驗(yàn)證的時(shí)間。有時(shí)候?yàn)榱丝s短開發(fā)周期往往首選物理的改進(jìn)方法，比如把電池活性材料增厚，隔膜減薄，這樣電池比能量會(huì)上升，但是安全性能下降。

 

第二是電動(dòng)電池測(cè)試驗(yàn)證的手段不完善，不能反映實(shí)車的使用條件，很大一部分企業(yè)并沒有建立企業(yè)內(nèi)部的電池安全測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，部分企業(yè)甚至就沒有電池安全測(cè)試的能力，生產(chǎn)出來的質(zhì)量也就是參差不齊的。

 

第三個(gè)原因就是剛才說到車輛使用老化過程中可靠性降低。比如說全生命周期中防水的效果不佳，一般我們電池的密封是要通過IP67標(biāo)準(zhǔn)，但是當(dāng)車輛使用時(shí)間長了之后，密封就會(huì)變差，導(dǎo)致車輛進(jìn)水，就會(huì)容易造成短路。還比如電池的激光焊接的接頭，焊接點(diǎn)內(nèi)部容易出現(xiàn)空隙，這些空隙就會(huì)帶來阻抗增加，進(jìn)而發(fā)熱導(dǎo)致高溫點(diǎn)，引起熱失控。還有就是電池系統(tǒng)和充電機(jī)高壓電器老化，比如我們充電時(shí)候的接觸器經(jīng)常開斷，有時(shí)候就會(huì)拉弧，造成高溫和接觸器表面的這種燒損或者粘連，會(huì)短路、會(huì)發(fā)熱，這些都是熱失控的原因。

 

第四個(gè)原因就是充電，充電過程中數(shù)據(jù)通訊不規(guī)范，BMS的廠商和充電機(jī)的廠商沒有嚴(yán)格的執(zhí)行新頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)。充電的功能安全，按道理我們的電池管理系統(tǒng)關(guān)于充電是有很好的斷電功能的，充到什么時(shí)候都是由電池管理系統(tǒng)控制的，我們目前并沒有嚴(yán)格執(zhí)行功能安全的規(guī)范，就是ISO26262這個(gè)規(guī)范，目前并沒有完全的貫徹落實(shí)這個(gè)規(guī)范，這也是我們沒有遵守規(guī)范的原因?qū)е碌摹２粐?yán)格執(zhí)行充電安全的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，比如說我們充電繼電器的粘連應(yīng)該有診斷功能，但有的為了節(jié)省成本就沒有。電池管理系統(tǒng)與充電樁沒有裝備合格的絕緣檢測(cè)裝置，車輛與充電樁形成的充電回路沒有滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的絕緣電壓、爬電距離、過載、IP等級(jí)、插拔力、鎖止、溫升、雷擊等各項(xiàng)指標(biāo)要求，BMS未嚴(yán)格遵守充電引導(dǎo)的規(guī)范。為什么說是質(zhì)量問題？就是我們?cè)谠O(shè)計(jì)、制造、使用、驗(yàn)證各個(gè)環(huán)節(jié)，沒有嚴(yán)格的遵守標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，當(dāng)然我們也缺少一些，比如說我們的安全年檢，這是缺少的，但這不是企業(yè)的事，這是政府要做的事情。

 

高比能量電池面臨更嚴(yán)峻的安全技術(shù)挑戰(zhàn)，所以我下面說一下這方面的問題。

 

根據(jù)中國新能源汽車動(dòng)力電池比能量發(fā)展的趨勢(shì)，我們很快就會(huì)向300瓦時(shí)/公斤的高比能量電池邁進(jìn)，很快這些產(chǎn)品就會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)，就是所謂的高鎳三元811電池很快就會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)，這些高比能量的電池會(huì)比原先的這些相對(duì)低的比能量的電池所面臨的安全技術(shù)的要求會(huì)更高。在這方面，我們清華大學(xué)專門建了電池安全實(shí)驗(yàn)室開展相關(guān)的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)，在這里給大家簡(jiǎn)單的介紹一下研發(fā)結(jié)果，供大家參考。

 

目前清華大學(xué)電池安全實(shí)驗(yàn)室跟國內(nèi)外企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)開展了廣泛的合作，包括寶馬、奔馳、日產(chǎn)等大公司。

 

研究重點(diǎn)是在熱失控的三個(gè)方面，一是熱失控的誘因，包括熱、電、機(jī)械的原因。二是熱失控發(fā)生的機(jī)理究竟是什么，從而在材料設(shè)計(jì)層面加以防護(hù)。三是熱蔓延，一旦單體電池防止不了熱失控，就得有二次防護(hù)手段，就是在系統(tǒng)層面要切斷熱失控的蔓延，只要切斷蔓延就可以防止事故。我們對(duì)高比能量電池的熱失控控制，不僅靠材料本身，還要從系統(tǒng)層面來進(jìn)行。

 

首先是關(guān)于熱失控的發(fā)生機(jī)理與抑制。我們從兩個(gè)實(shí)驗(yàn)手段上開展，一個(gè)是從事材料熱穩(wěn)定性研究的差示掃描量熱儀，一個(gè)是電池單體熱失控測(cè)量的加速量熱儀。

 

高比能量電池?zé)崾Э氐膸讉€(gè)特征溫度。一般來說，當(dāng)電池溫度升高到一定程度，電池就會(huì)自產(chǎn)熱，我們把這個(gè)溫度叫T1，產(chǎn)熱發(fā)生到一定程度無法抑制，熱失控觸發(fā)，叫T2，最后溫度上升到最高點(diǎn)我們叫T3。熱失控機(jī)理不清楚的主要是發(fā)生在T2到T3階段。一般認(rèn)為是內(nèi)短路造成的，對(duì)常規(guī)電池的確是這樣，但是我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)對(duì)高比能量不完全是這樣。我們發(fā)現(xiàn)沒有內(nèi)短路，照樣有熱失控。這是因?yàn)楦弑饶芰侩姵氐哪透邷匦滦透裟さ?00度以上沒有變化，電解液基本完全蒸發(fā)了，但在230-250度時(shí)，正極材料相變放出的氧與負(fù)極反應(yīng)產(chǎn)生了放熱高峰。

 

另外我們看一下各種不同鎳含量的三元鋰離子電池的差異。811電池跟現(xiàn)在常用的622或者532相比， 811的放熱峰明顯的都比其它高很多，表明811的熱穩(wěn)定性較差。經(jīng)過分析我們得到的初步結(jié)論是，高鎳正極對(duì)全電池安全有較大的影響，硅炭負(fù)極對(duì)安全在初期影響不大，但是在循環(huán)衰減后影響比較大。

 

應(yīng)對(duì)這種熱穩(wěn)定差也有一系列的改進(jìn)途徑，比如說材料的包覆等，我們還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的方法，就是用單晶顆粒來替代多晶的正極材料，電池的熱穩(wěn)定性有非常好的改善，相應(yīng)的安全性也有很好的改善。

 

第二就是熱蔓延，真正的事故是熱蔓延導(dǎo)致的，就是一個(gè)電池單體熱失控之后，所有電池包全部蔓延起來，著火事故就發(fā)生了。

 

根據(jù)我們對(duì)熱失控蔓延過程的測(cè)試和仿真的傳熱分析，設(shè)計(jì)了一種隔熱的方法，就是在主導(dǎo)傳熱的路徑上加隔熱材料，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)確實(shí)達(dá)到了隔斷熱失控蔓延的效果。這種防火墻技術(shù)已經(jīng)在中國倡導(dǎo)的國際電動(dòng)汽車熱失控蔓延的法規(guī)中得到采納。