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工程院院士欧阳明高:动力电池2020年350Wh/kg能量密度目标太高 不宜强推

北极星储能网  来源:车东西  作者:Origin  2018/9/26 10:21:41  我要投稿  

北极星储能网讯:前言:欧阳明高院士认为,目前设定的动力电池2020年单体达到350瓦时/公斤,系统260瓦时/公斤能量密度目标与安全诉求矛盾,不宜强行推进。

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在本届大会上,电动汽车百人会执行副理事长、中国工程院院士欧阳明高发表了演讲,他指出,今年上半年高发的电动汽车失火事故,主因在于电池热失控,需要以先进的BMS和热蔓延防止手段来应对。

同时他认为,目前设定的动力电池2020年单体达到350瓦时/公斤,系统260瓦时/公斤能量密度目标与安全诉求矛盾,不宜强行推进。

来源:微信公众号“车东西” ID:chedongxi 作者:Origin

失火电动汽车三大特征

欧阳明高院士在演讲中先分析了近期电动车起火的三个主要特征:

一是失火车辆以搭载热稳定性更差的三元锂电池为主,占比超过一半。

二是失火的车辆电池封装方式主要为圆柱形锂电池,该型电池由于采用坚固钢壳包覆,内部受热分解时内压急剧增大,容易发生爆炸从而迅速引燃整个电池模组。

三则是失火事件较多发生在充电阶段尤其是满电状态。

欧阳明高院士还纠正了一个认识,失火事故车辆主要为旧款电动车,电池系统比能量并不高,因此不能将电动车事故频发的主要原因单纯归结为搭载了能量密度太高的动力电池。

欧阳明高指出,电动车失火事故频发的主要原因,在于电池热失控。热失控即动力电池温度超过一定限制后引发连锁反应,电池温度在短时间内迅速上升(可达每秒千度),导致燃烧。

四大原因造成电池热失控

而导致电池热失控的进一步原因,则是动力电池和电动汽车本身存在的产品质量问题。在四大方面把关不严留下的漏洞,造成了电池热失控的隐患。

首先是电池产品测试验证不足,这主要是动力电池企业的问题。欧阳明高院士表示,由于新能源车政策一方面补贴的关键指标是能量密度,另一方面补贴退坡的周期是一年一次,大大超过了动力电池产品24-28个月的完整开发周期。

为了让产品能量密度增长追上补贴变化周期,一些动力电池企业一方面缩短了电池的测试验证时间;另一方面选择物理改进方法,比如增加电池活性材料(比如正极材料)、减薄膈膜,虽然提升了电池的比能量,但是削弱了动力电池的安全性能。

其次,目前动力电池测试验证的手段不完善,这部分问题动力电池企业与车企都存在。欧阳明高院士指出,“很大一部分并没有建立企业内部的电池安全测试标注,部分企业甚至没有电池安全测试能力”,导致电池产品一致性差,质量参差不齐。

而低质量的电池电芯混入电池模组,将对整个动力电池模组乃至整个电池包造成巨大的风险。

再次,车辆使用老化过程中电池模组及安全保护装置可靠性下降,这部分责任主要在于车企。欧阳明高院士提到了几个典型例子:老化造成的电池模组密封性下降,导致进水短路;电池激光焊接接头老化易出现空隙,形成局部高阻抗、高发热点,成为热失控元凶;充电口长期开断电造成的烧损、粘连,也可能成为短路、发热点。

最后,充电环节的BMS厂商与充电机厂商没有严格执行新的国家标准,也是问题之一。欧阳明高院士表示,企业没有严格遵循ISO26262的规范,比如没有继电器的粘连诊断功能、BMS与充电桩没有合格的绝缘监测装置等等。企业在设计、制造、使用、验证各个环节对国家标准规范不重视;同时,国家在这方面的安全年检制度也尚未建立。

五大措施解决电动车起火

对上述问题,欧阳明高院士提出了几个前瞻的技术解决方案,解决热失控和热蔓延问题。对于动力电池热失控问题,欧阳明高院士提出,可以现在热失控诱因上予以控制。

对第一个诱因——内短路,欧阳明高院士团队与宁德时代合作,正在打造一种可以在电池内部热量急剧上升之前就对短路情况进行预警的技术。

对第二个诱因——充电过充,业界正在开发三电极快充技术,可以防止锂电池过充造成的析锂问题,同时提提高充电速度。

对第三个诱因——电池老化,欧阳明高院士认为,更先进、更精准的电池管理系统是关键,需要加大电池管理系统的研发力度。

对于未来的高镍动力电池,清华团队则找出了电池热失控的核心原因在于正极材料分解、产生氧气,继而引发剧烈反应。对此,可以对正极材料进行包覆予以改进;以单晶颗粒替代多晶颗粒的正极材料,也能改善电池热稳定性从而提高电池安全性。

如果局部热失控未能检测或者防护,还可以设计第二重防线防止热蔓延。欧阳明高院士团队设计了一种隔热方法,在热传递路线上填充隔热材料,阻断热传导。

高能电池研发应循序渐进 不宜强推

欧阳明高院士表示,动力电池的安全性近期可以通过多种技术优化来保障,但长期来看要前瞻性的科学研究才能保障绝对安全。高比能量电池是全球趋势,不应因为高比能量电池有更大的安全挑战就放弃研发。

短期内,可以通过电池管理系统和热蔓延抑制来防止安全事故,长期来看则应开发下一代的固态电池。

最后,欧阳明高院士提出了几点政策方面的建议:

1、原有的产业化目标(2020年单体达到350瓦时/公斤,系统260瓦时/公斤,循环寿命2000次)偏高,从安全角度考虑,不宜强行推行。

2、补贴政策要符合技术发展的规律,对能量密度的提升不宜过快、不宜更改过频。

3、第三,尽快推出电动汽车安全年检规范。电池汽车应有黑匣子、电池包应设消防安全接口。

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