在全國(guó)政協(xié)常委、國(guó)家“863”計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車(chē)重大項(xiàng)目總體專(zhuān)家組組長(zhǎng)、清華大學(xué)教授、“中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)”執(zhí)行副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高看來(lái)，今年三元鋰電池的比能量預(yù)計(jì)將達(dá)到180Wh/kg。

隨著下游應(yīng)用要求的提高及技術(shù)的進(jìn)步，鋰電池比能量將逐步上升，美國(guó)能源部預(yù)計(jì)今后5-10年，也即是到2025年，單體到達(dá)大約350-400Wh/kg左右；真正到系統(tǒng)，可能在250Wh/kg。而這，也將是鋰電池所能達(dá)到的性能極限。

根據(jù)國(guó)外的趨勢(shì)，中國(guó)2020年高比能量電池目標(biāo)也是要達(dá)到300Wh/kg，壽命1500次，系統(tǒng)比能量大約210Wh/kg(比現(xiàn)在約提高1倍)。在邁向高比能量鋰電池的過(guò)程中，動(dòng)力電池比能量提高，續(xù)駛里程上升，且成本有所下降，屆時(shí)電動(dòng)汽車(chē)將可以與燃油車(chē)競(jìng)爭(zhēng)。

當(dāng)一切朝著所有人的預(yù)期方向發(fā)展時(shí)，有一點(diǎn)卻必須引起高度重視：經(jīng)預(yù)測(cè)判斷，未來(lái)幾年動(dòng)力電池比能量的確會(huì)逐步上升，但安全性并沒(méi)有隨之提升。

深諳技術(shù)的人想必都清楚，動(dòng)力電池比能量越高，安全性面臨的挑戰(zhàn)越大。而一旦動(dòng)力電池缺乏安全性，一切研究都將變得毫無(wú)意義。所以，在業(yè)內(nèi)致力于提高動(dòng)力電池比能量的同時(shí)，務(wù)必將安全性列為重點(diǎn)研究對(duì)象。

幸好不少動(dòng)力電池與整車(chē)企業(yè)已開(kāi)始意識(shí)到這一問(wèn)題。

在今年11月20-21日即將舉行的2015廣州國(guó)際電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高峰論壇上，歐陽(yáng)明高等業(yè)內(nèi)權(quán)威專(zhuān)家，比亞迪、廣汽集團(tuán)、北汽新能源、宇通客車(chē)、上汽集團(tuán)等國(guó)內(nèi)領(lǐng)先新能源車(chē)企，寧德時(shí)代新能源(CATL)、中航鋰電等國(guó)內(nèi)第一梯隊(duì)動(dòng)力電池企業(yè)，將共聚一堂商議新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)的“突圍”之策。

尤其值得一提的是，動(dòng)力電池安全性是上述會(huì)議的重要議題之一。一直在動(dòng)力電池產(chǎn)品上注重安全性且產(chǎn)品經(jīng)過(guò)實(shí)踐考驗(yàn)的CATL將在會(huì)議上與業(yè)內(nèi)分享“決定動(dòng)力電池系統(tǒng)性安全風(fēng)險(xiǎn)的若干因素”，將有益于推動(dòng)整個(gè)行業(yè)重視動(dòng)力電池安全性。

事實(shí)上，動(dòng)力電池安全性問(wèn)題概括起來(lái)叫“熱失控”，也就是到達(dá)一定的溫度之后，就不可控了，溫度直線(xiàn)上升，然后就會(huì)燃燒爆炸。而過(guò)熱、過(guò)充、內(nèi)短路、碰撞等是引發(fā)動(dòng)力電池?zé)崾Э氐膸讉€(gè)關(guān)鍵因素。

在CATL與業(yè)內(nèi)分享安全及防護(hù)創(chuàng)新技術(shù)之前，下文將結(jié)合歐陽(yáng)明高的觀(guān)點(diǎn)，先針對(duì)引發(fā)動(dòng)力電池安全問(wèn)題的幾個(gè)要素分別提出應(yīng)對(duì)之策：

(1)過(guò)熱觸發(fā)熱失控

導(dǎo)致動(dòng)力電池過(guò)熱的原因來(lái)自于電池的選型和熱設(shè)計(jì)的不合理，或者外短路導(dǎo)致電池的溫度升高、電纜的接頭松動(dòng)等，應(yīng)該從電池設(shè)計(jì)和電池管理兩個(gè)方面來(lái)解決。

從電池材料設(shè)計(jì)角度，可以開(kāi)發(fā)來(lái)防止熱失控的材料，阻斷熱失控的反應(yīng)；從電池管理角度，可以預(yù)測(cè)不同的溫度范圍，來(lái)定義不同的安全等級(jí)，從而進(jìn)行分級(jí)報(bào)警。

(2)過(guò)充電觸發(fā)熱失控

今年的一起純電動(dòng)大巴起火事件原因就在于“過(guò)充電觸發(fā)的熱失控”，具體則是電池管理系統(tǒng)本身對(duì)過(guò)充電的電路安全功能缺失，導(dǎo)致電池的BMS已經(jīng)失控卻還在充電導(dǎo)致的。

針對(duì)這類(lèi)過(guò)充電的原因，解決辦法首先是查找充電機(jī)的故障，這可以通過(guò)充電機(jī)的完全冗余來(lái)解決；其次是看電池管理合不合理，比如說(shuō)沒(méi)有監(jiān)控每一節(jié)電池的電壓。

值得注意的是，隨著電池的老化，各個(gè)電池之間的一致性會(huì)越來(lái)越差，這時(shí)過(guò)充就更容易發(fā)生。這需要進(jìn)行整個(gè)電池組的均衡，來(lái)保持電池組一致性。

比如采用“先并后串”這一最常見(jiàn)電池組組合方法的串聯(lián)的電池組，在解決單體一致性問(wèn)題后，最好的情況是擁有與最小容量的單體一樣大的容量。有了這個(gè)一致性之后，容量回升了，同時(shí)也能防止過(guò)充。

為了實(shí)現(xiàn)一致性，必須有一種方法對(duì)各個(gè)單體進(jìn)行容量估計(jì)。歐陽(yáng)明高建議，可以根據(jù)充電曲線(xiàn)的相似性來(lái)進(jìn)行全體電池組狀態(tài)的估計(jì)。

也即是說(shuō)，只要知道了其中一個(gè)單體電池的充電曲線(xiàn)，其他的曲線(xiàn)應(yīng)該跟它是相似的。經(jīng)過(guò)曲線(xiàn)變化，它們可以近似重合，曲線(xiàn)變化的過(guò)程中間的這些差異就很容易計(jì)算。根據(jù)一個(gè)單體可以推算出其他的單體。有了這樣的方法，就可以進(jìn)行上文提到的一致性的均衡，當(dāng)然這種算法的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，需要進(jìn)行簡(jiǎn)化。

(3)內(nèi)短路觸發(fā)熱失控

波音787客機(jī)曾因電池爆炸起火。在查找事故原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)電極和隔膜上有金屬物，產(chǎn)生了內(nèi)短路。雖然專(zhuān)家無(wú)法100%確認(rèn)熱失控是由內(nèi)短路觸發(fā)的，但它是最可能的原因，因?yàn)檎也坏狡渌?，且?nèi)短路沒(méi)辦法“浮現(xiàn)”。

電池制造雜質(zhì)、金屬顆粒、充放電膨脹的收縮、析鋰等都有可能造成內(nèi)短路。這種內(nèi)短路是緩慢發(fā)生的，時(shí)間非常長(zhǎng)，而且不知道它什么時(shí)候會(huì)出現(xiàn)熱失控。若進(jìn)行試驗(yàn)，無(wú)法重復(fù)驗(yàn)證。目前全世界專(zhuān)家還沒(méi)有找到能夠重復(fù)由雜質(zhì)引起的內(nèi)短路的過(guò)程，都在研究當(dāng)中。

要解決內(nèi)短路問(wèn)題，首先要找到產(chǎn)品品質(zhì)好的電池廠(chǎng)商，選擇電池及電池單體容量；其次對(duì)內(nèi)短路進(jìn)行安全預(yù)測(cè)，在沒(méi)有發(fā)生熱失控之前，要找到有內(nèi)短路的單體。

這意味著必須要找到單體的特征參數(shù)，可以先從一致性著手。電池是不一致的，內(nèi)阻也是不一致的，只要找到中間有變異的單體，就可以將其辨別出來(lái)。

具體而言，正常的一個(gè)電池的等效電路和發(fā)生了微短路的等效電路，方程的形式實(shí)際上是一樣的，只不過(guò)正常單體、微短路的單體的參數(shù)發(fā)生了變化。可以針對(duì)這些參數(shù)來(lái)進(jìn)行研究，看其在內(nèi)短路變化中的一些特征。

其中特征之一就是內(nèi)短路單體的電勢(shì)差，比較其內(nèi)阻跟其他單體的差異。歐陽(yáng)明高提出，研發(fā)人員要利用模型來(lái)進(jìn)行單體的辨識(shí)。