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電池知識

什么是動力電池,鋰電池到底是什么東西?簡單講一下動力電池的安全性

來源:寶鄂實業(yè)    2019-04-15 16:31    點擊量:

近日前途汽車邀請王子東教授為眾多新能源媒體人講解電動汽車電池安全性。王子東教授:中國北方車輛研究所動力電池實驗室主任、國家863電動車重大專項動力電池測試中心主任、中國電動車領(lǐng)域第一權(quán)威,國家863電動車重大專項動力電池測試中心主任。該中心屬于中國北方車輛研究所。北方車輛研究所是兵器工業(yè)綜合性大型科研單位、特種車輛設(shè)計基地、兵器工業(yè)第一技術(shù)開發(fā)中心,裝甲車輛試驗檢測中心。

 

王子東教授總結(jié)未來電池發(fā)展幾個方向:

 

第一:

 

方型電池,大容量,組合效率,從單體到模塊再到系統(tǒng),整個過程的衰減。比如我們現(xiàn)在很在意的車走多遠,你帶的這個能量,這個是很重要的,特斯拉衰減了多少?我們現(xiàn)在市面見得最多的S是57%的衰減,你們可以自己算,85度電,800公斤,單體電池是240瓦時,57沒有了。最新的2170,單體280瓦時,系統(tǒng)是150瓦時,你算損失多少。方型電池做這個事情比較合適,在這個上面,包括德國,像有代表性的企業(yè),他們的衰減可以控制在20%以內(nèi),所以模塊組合技術(shù)水平的高低,不看你帶多少,實際看衰減,看單體到系統(tǒng)衰減了多少,三星和LG的結(jié)構(gòu)都是這樣的。

 

大家經(jīng)常看到有這樣一種觀點,說電動車一走800公里,續(xù)航里程似乎很遠。其實,走多遠并不是電動車的優(yōu)勢,而是帶多少電走多遠,我們看特斯拉是22度電走一百公里,能耗是很高的,現(xiàn)在已經(jīng)有一個24度電走170公里的車型了,所以說不是走越遠越好。電池組和油箱有很大的差異,電池組有電和沒電,重量沒有差一點,但是油箱加滿了,跑完了之后重量沒有了,所以汽車是越跑越輕,電動車越跑越重,因為電池帶的電少出的力反而大,所以電動車一定不能加很多的電池,長距離走,帶來五個副作用,在科技上沒有交點,就沒法解決。所謂時間和技術(shù)有交叉,就是說達到一定的時間,技術(shù)能夠攻克,這是交點。相反,如果一直平行就永遠解決不了。所以電池越加大的時候,帶來的副作用越大,是越被動。

 

第二:

 

我們講一下什么是動力電池的安全性,使用過程中出現(xiàn)了什么問題?這是一個非常敏感的話題,按說一個商品不應該這樣,為什么現(xiàn)在一提電動車就談到了安全問題。十年的積累和探索,現(xiàn)在的新能源汽車應該滿足目前的推廣的要求,但我們發(fā)現(xiàn)了一些問題,技術(shù)這些年沒有明顯的進步。實際上,這些問題大家應該理解,一個是技術(shù)的進步不會像電子產(chǎn)品,6個月迭代,兩年就完全顛覆了。汽車行業(yè)沒有這么快的更新速度,我們研究能量發(fā)展到一定水平很難再有進一步突破。同時,我們發(fā)現(xiàn)能量密度越高,安全性越差,我們目前就是這個缺陷,很多人說希望電池能量密度增高,同時安全性也保持同樣的水準,這本身就是矛盾的。所以,我們只能求得平衡。

 

什么是動力電池,鋰電池到底是什么東西?鋰電池生出來就是爆脾氣,就像一顆炸彈。我們在用它的時候,包括三星手機、蘋果手機很少,三星出那么多事情,用的就是鋰電池,用的時候就知道它的安全性問題,并不是不知道的。所以,我們現(xiàn)在要知道怎么管控鋰電池易燃的特性,而不是說它是安全的問題,它本身就是不好,所以這個事情是很麻煩的。那么鋰電池里面有什么呢?有正極、濾波、負極、隔膜、電解液。著火的就是電解液,鋰電池最容易出問題的就是在負極表面長這個東西,如果長度超過隔膜的厚度,就能把隔膜刺傷,相當于把火藥和打火機在一個屋子里,用保鮮膜隔開,想想都驚心動魄。我們現(xiàn)在說提高電芯能量密度的時候,科學上有很多工作和難題要解決,但是今天還沒有解決,所以在沒有解決的情況下,我們急著提高能量密度,就顯得我們有點操之過急。

 

第三:

 

我們出現(xiàn)了這些問題,怎么去解決,同時電池的能量密度到底怎么說,是不是我們一味地追求能量密度。眾所周知,動力電池組是非常復雜的能量系統(tǒng),就像10個手指頭不相同,做電池更是化學的東西更不可能相同。2003年去日本考察時,我曾問過日本電池專家,他說我們做動力電池是一模一樣的。豐田混合動力的車用的是液晶電池,生產(chǎn)速度48秒一個電池。我當時詢問不合格電池是怎么挑出來,他停了三到五分鐘的時間,日本廠長想了半天,說這個問題沒法回答,他說我們生產(chǎn)的電池就不可能有不合格的。他說你想我48秒一個電池組,一個電池組當中有30-40個模塊,一個模塊6個電池,一天有幾十萬的電池要做。所以一旦出現(xiàn)幾個不合格的電池,比重做一天的電池量還要花成本高。我們國內(nèi)的很多企業(yè)不是這么想,我們在想不一致沒有關(guān)系,后面有辦法挑,但是我們發(fā)現(xiàn)后面結(jié)合組合的過程中,遇到的困難越來越多,是因為我們開始沒有控制好。我們現(xiàn)在進入到了惡性循環(huán)的狀態(tài),所以動力電池的這個開發(fā)是一個多學科協(xié)調(diào)的。我們企業(yè),包括整車企業(yè),電池企業(yè)、材料企業(yè),沒有人懂得如何全面地評價我做的工作是對還是不對。

由中國電動汽車百人會與河南省人民政府聯(lián)合舉辦的中國電動汽車百人會夏季論壇(2016)在鄭州舉辦。超威創(chuàng)元實業(yè)有限公司總經(jīng)理孫延先與參會媒體就動力電池及電動汽車的安全問題進行了交流。

 

超威創(chuàng)元總經(jīng)理孫延先認為,電動汽車動力電池的安全分為三個層面,第一是產(chǎn)品的安全,第二是使用的安全,第三是商業(yè)模式的安全。只有在這三個方面一起發(fā)力,才有可能解決動力電池以及電動汽車的安全問題。

 

首先是電池產(chǎn)品的安全。電池產(chǎn)品安全體現(xiàn)在材料的選用、結(jié)構(gòu)的設(shè)計上。比如目前超威創(chuàng)元使用的聚合物軟包鋰離子電池,雖然它在電動汽車的應用上是一個非主流的鋰離子電池,但是軟包電池(外包裝只有0.15毫米)沒有束縛力,所以爆炸的概率為零,再加上超威創(chuàng)元通過結(jié)構(gòu)設(shè)計降低其燃燒概率,最終電池產(chǎn)品的安全性就能得到保證。;

 

其次是電池使用的安全。目前超威創(chuàng)元把消防技術(shù)和鋰離子電池技術(shù)結(jié)合起來,一旦電池在被撞或者被針刺的時候發(fā)生起火,消防裝置的消防能力就會馬上釋放出來進行滅火。由此,超威創(chuàng)元的電池能夠做到被撞或被針刺等特殊情形下,電池在6分鐘內(nèi)不燃燒。另外在電池使用的過程中,超威創(chuàng)元通過自己的系統(tǒng)可以提前7天預知電池可能出現(xiàn)的故障,然后通過系統(tǒng)主動向客戶推送服務,告知客戶在超威的服務網(wǎng)店進行維修。

 

最后是商業(yè)模式的安全。孫延先表示要保證動力電池以及電動汽車整車的安全,整車和動力電池等核心零部件企業(yè)在設(shè)計開發(fā)上的協(xié)同是非常關(guān)鍵和必要的。他表示,整車的電極、電控策略,BMS控制策略以及線束的密封水平和抗老化水平均會對鋰離子電池的安全造成影響。所以整車企業(yè)作為集成企業(yè),應該協(xié)調(diào)這些資源,共同去設(shè)計一款全新的電動汽車,而不能在原有的燃油車技術(shù)基礎(chǔ)上做一個簡單的改裝,這樣改裝的電動汽車對電池是不負責任的。從行業(yè)管理上,孫延先認為政府需要制定一些強制性的法律法規(guī)對安全問題進行控制,例如規(guī)定所有動力電池企業(yè)的產(chǎn)品都必須符合某種安全法規(guī),并定期對其進行安全鑒定等。

對于前途K50的動力電池系統(tǒng)采用標準箱體的架構(gòu)是十分先進的。前途K50搭載的軟包電池,單體電芯容量為36Ah,標準電箱容量為7.884kWh,10個標準箱組成了車輛的電池組,總?cè)萘繛?8.84kWh,NEDC續(xù)航里程為380km。對于電動汽車而言,冬季、夏季的續(xù)航里程差異大,很多人抱怨這個問題,冬天顯示能走300多續(xù)航,一走起來就剩200了,但是我們很少聽到有人質(zhì)疑前途K50,因為前途K50的電池設(shè)計思路是對的。前途K50是純電動跑車,本身就需要大電流,同時在溫度不同的時候,續(xù)航里程變化并不是特別大。

 

不管是什么類型的電動汽車,動力電池都是由單個電芯或單個電池箱組成的,即使是單個電池安全,成組后也會出現(xiàn)各種問題。在這樣的條件下,確保電池系統(tǒng)安全的重要性不言而喻。

 

前途K50的電池組配備了高效的電池腦系統(tǒng)-BMS,可以監(jiān)控每一個電池箱全壽命周期內(nèi)的電池數(shù)據(jù),為電池診斷提供高效的數(shù)據(jù)支持。并且前途K50的電池箱還留了空間,至少在現(xiàn)在基礎(chǔ)上可以提高一百多公里的可能性,這個事很小,但是不容易,因為車上有剛度問題,越大的箱子解決剛度就越難”。

關(guān)于動力電池的安全性問題,可以從三個方面來解析,一個是動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢,二是什么是動力電池安全性,三是動力電池安全性問題。

 

王子冬表示,目前國內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)的一種觀點,就是純電車型要單純以續(xù)航里程為評定標準,這一觀念其實是片面的,比如說,某電動車續(xù)航里程達到了800公里,續(xù)航里程看似很遠,但這并不是這款車型的主要優(yōu)勢,帶多少電走多遠才是關(guān)鍵,如果與燃油車相比,電池組和油箱有很大的差異,電池組有電和沒電,重量沒有差一點,但是油箱加滿了,跑完了之后重量沒有了,所以汽車是越跑越輕,電動車越跑越重,因為電池帶的電少出的力反而大,增加電池容量換取高續(xù)航里程的方法并不可靠,這將會帶來很多的副作用,電池越加大的同時,帶來的副作用也越大,在技術(shù)上就越被動,這是一種不好的趨勢。

 

而關(guān)于動力電池安全性,王子冬認為,十年的積累和探索,現(xiàn)在的新能源汽車應該滿足目前的推廣要求,但我們發(fā)現(xiàn)了一些問題,技術(shù)這些年沒有明顯的進步。提升電池能量密度是目前的一個通用技術(shù)路徑,但能量密度越高,安全性越差卻是公認的,很多人說希望電池能量密度增高,同時安全性也保持同樣的水準,這本身就是矛盾的。所以,我們只能求得平衡。

 

純電汽車的安全性之所以備受重視,原因在于,我們可以掌握燃油車出事的規(guī)律,即便燃油泄露,也不一定會自燃。但是電動車燃燒起火的規(guī)律并沒有被掌握,一旦起火,電池艙是密閉的,又幾乎沒有辦法滅火。在沒有掌握鋰電池著火規(guī)律之前,把控能量密度很關(guān)鍵。安全性是我們不能忽視的問題。

 

談及影響電池循環(huán)壽命的因素,王子冬說,溫度、電流是主要因素。溫度對它損傷最大,現(xiàn)在要做的一點是不管溫度怎么變,電池都能正常工作,要攻下這個難關(guān)。

 

電流太大損傷也大,還有充放電。我們發(fā)現(xiàn)國外電池中,明明說可以走180公里,實際開就只能140公里,他說是為了保護電池,國內(nèi)往往追求充一次電走得越長越牛,其實完全錯了,因為放電深度越深的時候,對電池的損傷非常大。

 

快充對電池的損傷是很大的,目前的設(shè)計方案,要想快充,改變電池結(jié)構(gòu),以及使用更適合快充電的材料,會降低電池的壽命。

 

追求能量密度的情況下,還追求便宜,國家說補貼1塊錢,那有些廠家就把1塊錢當電池的價格了,這種情況下,大家不會選擇成本高的做法,一定選擇成本低的,成本低的時候不適合快充,快充以后就出問題。

 

除了動力電池本身,還有哪些電池安全性值得我們關(guān)注呢?

 

一是電芯在制造過程中的安全性,二是電池組集成過程中的安全性,三是儲存過程中的安全性,四是運輸過程中的安全性,五是使用過程中的安全性,六則是動力電池的回收問題。

 

針對這些問題,王子冬認為,做動力電池是否系統(tǒng)、是否科學是重中之重。

 

王子冬還糾正了一個普遍存在的觀點,就是電動車著火,不一定是電池的原因。有的時候電池也是被著火,為什么說是被著火呢?很多時候電動車著火并不是電池出了問題,比如充電不好、管理不好、散熱不好,就會點燃電池,所以電池很冤,其實電池是被著火。

 

聊到前途汽車的時候,王子冬持肯定態(tài)度:一個敢做跑車的企業(yè),一定有獨到之處,曾經(jīng)我說過,前途做動力汽車系統(tǒng)這件事情,在中國,他們超過了所有車企,因為理念對了。像跑車這種新能源汽車,它的電池一定要適合大電流放電,否則就容易被著火。

 

再有一點就是前途汽車在冬天的續(xù)航里程。

 

我們很少聽到有人質(zhì)疑前途K50。因為前途K50是跑車,本身就是大電流,同時在溫度不同的時候,變化并不是特別大。

 

最后,王子冬進行了總結(jié),他說:第一,新能源產(chǎn)業(yè)存在很大的泡沫,產(chǎn)能過剩;第二,需要系統(tǒng)好好配合。整車企業(yè),電池企業(yè)、材料企業(yè)、用后回收以及多學科協(xié)調(diào)一致;第三,一體化設(shè)計問題。我們現(xiàn)在都在第一階段,真正達到一體化在三階段,全面測試,通過測試要找到這些問題的平衡,這是很重要的。這些參數(shù)和系統(tǒng)的平衡最重要,安全性第一位,可靠性要重視,在保證的情況下談成本;第四,加快回收的能力。有可能對環(huán)境造成第二次污染。

 
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