《電子技術(shù)應(yīng)用》
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從比亞迪電動(dòng)車起火看電池安全問題

2012-06-05

5月26日,深圳比亞迪電動(dòng)出租車e6被跑車以100公里以上速度從尾部撞擊后起火,車內(nèi)三人當(dāng)場(chǎng)死亡,最后燒得只剩車架。目前對(duì)車輛的具體技術(shù)調(diào)查結(jié)果還沒有出來,我們只能分析起火燃燒的幾種可能原因。

 

  需要特別指出的是,這些分析只是出于讓中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)今后更加健康發(fā)展的良好愿望,并非對(duì)e6及動(dòng)力電池的安全性做結(jié)論。因?yàn)槿魏诬囕v在直接受到如此猛烈的飆車撞擊時(shí),都可能出現(xiàn)本次e6的結(jié)局。

 

動(dòng)力電池安全性是全球問題

 

  新能源汽車出現(xiàn)燃燒在國(guó)內(nèi)外不只一次,且不只比亞迪一家,只不過本次e6發(fā)生了人身傷亡的慘劇,才引起公眾如此強(qiáng)烈的關(guān)注。

 

  2011年,中國(guó)新能源汽車發(fā)生了三次自燃事故:4月,杭州眾泰純電動(dòng)出租車動(dòng)力電池自燃,7月,上海公交車電池系統(tǒng)自燃,9月,深圳五洲龍混合動(dòng)力大巴配電箱保險(xiǎn)自燃。

 

  杭州眾泰純電動(dòng)出租車的自燃,經(jīng)浙江省質(zhì)量技術(shù)檢測(cè)研究院認(rèn)定,是由于動(dòng)力電池使用過程中,出現(xiàn)了漏液、絕緣受損及局部短路。

 

  另外,2011年5月,美國(guó)國(guó)家交通安全管理局(NHTSA)對(duì)增程式電動(dòng)汽車雪佛蘭Volt進(jìn)行了猛烈的側(cè)面和翻滾碰撞測(cè)試,在停車場(chǎng)放了3周后,出現(xiàn)起火。在實(shí)際使用中,由于還未發(fā)生過如此猛烈的撞擊,因此,未出現(xiàn)過起火事故。NHTSA表示:測(cè)試就是讓鋰離子電池組受損,本意是模擬真實(shí)環(huán)境中的碰撞,沒想到這導(dǎo)致了起火。

 

  為此,美國(guó)啟動(dòng)了一項(xiàng)為期3年關(guān)于檢驗(yàn)電動(dòng)車鋰離子電池是否是造成電動(dòng)車自燃根源的調(diào)查,將深入研究高壓電池是否會(huì)在充電時(shí)或車輛被撞后引發(fā)起火事故。中國(guó)新能源汽車管理部門是否也應(yīng)借這次e6的事故,開展類似的調(diào)查呢?

 

自產(chǎn)電池出事說明安全性有待加強(qiáng)

 

  本次e6電動(dòng)車出現(xiàn)起火燃燒的情況,可能有2個(gè)原因:1.汽車的防撞結(jié)構(gòu)可能存在問題;2. 動(dòng)力電池在極高速碰撞中的安全性及防范能力。

 

  動(dòng)力電池的安全性是電動(dòng)車中使用中最應(yīng)受關(guān)注的問題。中國(guó)的整車企業(yè)對(duì)動(dòng)力電池均不太熟悉,因此,大多數(shù)企業(yè)都采用外購(gòu)電池的方式。而國(guó)外的整車廠,如豐田、日產(chǎn)等通常會(huì)將動(dòng)力電池企業(yè)納入自己的運(yùn)營(yíng)管理體系,以嚴(yán)格保證質(zhì)量。比亞迪與其他中國(guó)廠商不一樣,e6用的磷酸鐵鋰電池是自己生產(chǎn)的。

 

 純電動(dòng)汽車在行駛中發(fā)生主動(dòng)或被動(dòng)追尾撞擊事故是不可避免的,而磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的一個(gè)重要特點(diǎn)就是抗撞擊、耐高溫,電熱峰值可達(dá)350—500℃,號(hào)稱在最惡劣的交通事故中也不會(huì)爆炸。比亞迪事后發(fā)布的公告也稱,e6電動(dòng)車經(jīng)過了國(guó)家權(quán)威部門的檢測(cè),碰撞和擠壓測(cè)試均符合國(guó)家法規(guī)。

 

  深圳貝特瑞的梁奇副總經(jīng)理表示,目前中國(guó)動(dòng)力電池技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的合理性,及通過這些標(biāo)準(zhǔn)的過程嚴(yán)謹(jǐn)性都有待提高。

 

  一位不愿透露姓名的國(guó)內(nèi)知名動(dòng)力電池企業(yè)負(fù)責(zé)人在接受《日經(jīng)技術(shù)在線》專訪時(shí)強(qiáng)調(diào)指出:“動(dòng)力電池的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),而企業(yè)自身的標(biāo)準(zhǔn)又應(yīng)高于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。”

 

  東莞杉杉電池材料公司總工程師丁詳歡在接受專訪時(shí)也表示:“e6電池雖然通過了國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè),但這是否也說明目前的國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于保障電動(dòng)汽車的安全性仍然不夠?”

 

亡羊補(bǔ)牢,未為晚矣

 

  丁詳歡進(jìn)一步分析稱:1.材料的安全性不等于電池的安全性。e6使用的是磷酸鐵鋰電池,磷酸鐵鋰這種正極材料雖然比三元材料、錳酸鋰在耐過充和熱失控等方面更安全,但電池由多種部件構(gòu)成,安全性需要正極、負(fù)極、電解液、隔膜、電池設(shè)計(jì)等諸多因素綜合考慮。比亞迪的電池技術(shù)和電動(dòng)汽車設(shè)計(jì)能力在國(guó)內(nèi)也算強(qiáng)勁,但此次事故仍出現(xiàn)了嚴(yán)重后果,說明e6在電池組的安全設(shè)計(jì)方面仍可能存在缺陷,對(duì)極端情況的考慮與檢測(cè)還不夠,今后需要提高檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)電池組在強(qiáng)烈撞擊、擠壓、穿刺等濫用情況下安全性能方面的檢測(cè)。

 

  2.電解液的安全性仍需要提高。鋰離子電池是一個(gè)含能量較高的體系,而且在短路等意外情況下極易釋放能量,導(dǎo)致火花、熱失控等(在短路的情況下,即使幾伏特的電池也可能產(chǎn)生電火花,更不要說總電壓高達(dá)300多伏的電池組)。在鋰離子電池的構(gòu)成主材中,負(fù)極、電解液和隔膜均能被引燃,其中負(fù)極(特別是充電態(tài)下)的活性很強(qiáng),易于著火。電解液也是重要的危險(xiǎn)因素,由于其易燃性和流動(dòng)性(大部分動(dòng)力電池使用液態(tài)電解液,具有流動(dòng)性,易燃燒的特點(diǎn)),動(dòng)力電池破裂時(shí),自由流動(dòng)的電解液易于被點(diǎn)燃,更可能加劇這一過程。如果電解液能夠阻燃或者不燃,即使此次車禍發(fā)生,也可能不會(huì)烈焰騰空,車內(nèi)乘客也許也不致罹難。以此看來,對(duì)于動(dòng)力電池這類應(yīng)用,加強(qiáng)對(duì)電解液阻燃性的研究與應(yīng)用,是今后應(yīng)該非常重視的方向。

  3.新生事物的成長(zhǎng)不會(huì)一帆風(fēng)順,電動(dòng)汽車的發(fā)展是化石燃料枯竭的大背景下,不可逆轉(zhuǎn)的潮流與趨勢(shì),此次事故不會(huì)對(duì)國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展造成阻礙,但確實(shí)提醒電動(dòng)汽車廠家需要更謹(jǐn)慎對(duì)待動(dòng)力電池的安全性,真正把安全性研究和預(yù)防工作做扎實(shí),同時(shí)制訂更為符合實(shí)情的標(biāo)準(zhǔn)。

 

  前面那位不愿透露姓名的國(guó)內(nèi)知名動(dòng)力電池企業(yè)負(fù)責(zé)人也分析指出,首先,偶然中包含著必然。此次事件對(duì)整個(gè)行業(yè)都是重要警示,任何企業(yè)都不應(yīng)該幸災(zāi)樂禍。

 

  第二,磷酸鐵鋰材料自身穩(wěn)定性、安全性遠(yuǎn)高于其他鋰電池正極材料,但現(xiàn)有商業(yè)化的鋰電池電解液中的有機(jī)溶劑是易燃易爆物品,這一點(diǎn)必須清醒認(rèn)識(shí)。在電池單體設(shè)計(jì)時(shí),就必須考慮到電解液泄露后可能發(fā)生的各種情況,對(duì)可能的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效防范。單體電池如果不具備自我防范功能,就必須嚴(yán)格限制其能量,并在系統(tǒng)集成時(shí)增加進(jìn)一步的監(jiān)測(cè)與防范功能。

 

  第三,電池管理系統(tǒng)能影響串聯(lián)電池間、電池與負(fù)載間、電池與充電器間的物理相互作用,但對(duì)電池內(nèi)部的自發(fā)化學(xué)反應(yīng)無能為力。電池管理系統(tǒng)只能起輔助調(diào)整保護(hù)作用,不能起決定保護(hù)作用。

 

  第四,一定要堅(jiān)守"安全第一、成本第二"的理念。盲目追求低成本而忽略安全可靠性,會(huì)斷送整個(gè)產(chǎn)業(yè)的前途。希望行業(yè)同仁更加重視電池質(zhì)量,安全設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用。

 

  第五,各種車輛內(nèi)的鋰電池系統(tǒng)(如放置在后排座位下車輛底盤處或后備箱里)必須與車內(nèi)人員實(shí)行有效的物理防火隔絕,避免比亞迪e6的這種悲劇再次發(fā)生。

 

  他同時(shí)堅(jiān)信,這次事故不會(huì)影響中國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。

 

 復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系鋰電池研發(fā)中心教授吳宇平在也提出了4點(diǎn)建議:

 

 ?、俳窈螅枰_發(fā)使電解液在電池受到強(qiáng)烈撞擊后,可快速變成膠體的技術(shù),這樣可避免電解液泄漏生成的氣體發(fā)生爆炸。中科院成都有機(jī)化學(xué)研究所已進(jìn)行了聚合物電解質(zhì)膜的研發(fā),以便把電解質(zhì)固態(tài)化,提高聚合物鋰離子電池的電化學(xué)穩(wěn)定性和安全性。但是目前不太成功,主要是產(chǎn)品安全壽命不夠長(zhǎng)。

 

  ②要強(qiáng)化單體電池、電池組一致性、系統(tǒng)和整車的設(shè)計(jì)理念。

 

 ?、坶_發(fā)成熟的動(dòng)力電池水冷技術(shù),替代現(xiàn)有的空氣冷卻。美國(guó)已有廠商開發(fā)出這種技術(shù)。

 

 ?、軇?dòng)力鋰電池隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng),安全性會(huì)越來越差,而這是目前各國(guó)均未測(cè)試過的,國(guó)內(nèi)企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)有必要進(jìn)行這方面的測(cè)試研究。

 

50萬輛新能源汽車的目標(biāo)是否過于激進(jìn)

 

  國(guó)務(wù)院近期頒布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012—2020年)》中提出:到2015年,純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量達(dá)到50萬輛。大量資本也正陸續(xù)涌入這個(gè)發(fā)燙的市場(chǎng)。

 

  在筆者近兩年曾經(jīng)試駕過的一些國(guó)內(nèi)外新能源汽車中,雖然未直接出現(xiàn)安全事故,但是明顯感覺到了廠商們對(duì)電動(dòng)車和動(dòng)力電池各種性能(包括安全性)不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难邪l(fā)態(tài)度和急于上市表功的心情。筆者認(rèn)為,“50萬”中那個(gè)“0”去掉,較為客觀。

 

  吳宇平表示,政府規(guī)劃要合理可行,企業(yè)要正確、全面理解國(guó)家新能源戰(zhàn)略意圖,并注意資本市場(chǎng)的影響,正視目前動(dòng)力電池的技術(shù)水平,一步一個(gè)腳印,切忌盲目求快。他對(duì)《規(guī)劃》目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)同樣表示不太樂觀。他還提出,新能源汽車應(yīng)暫緩在公共交通等領(lǐng)域應(yīng)用,宜先在電動(dòng)車、動(dòng)力電池企業(yè)負(fù)責(zé)人及政府公務(wù)用車中推廣,以恢復(fù)、提振公眾對(duì)中國(guó)新能源汽車的信心。

 

  梁奇也指出,新能源汽車及動(dòng)力電池是對(duì)安全性要求較為特殊的產(chǎn)業(yè),需國(guó)家像兩彈一星那樣組織技術(shù)攻堅(jiān),而不應(yīng)被作為普通的商業(yè)項(xiàng)目盲目發(fā)展。另外,企業(yè)及政府有義務(wù)向公眾說明電動(dòng)汽車實(shí)際使用中可能存在的各種安全隱患。

 

  經(jīng)歷本次事件后,中國(guó)新能源汽車行業(yè)不應(yīng)因噎廢食。目前暴露出的缺陷及問題,所有整車和動(dòng)力電池企業(yè)都要認(rèn)真分析原因,吸取教訓(xùn)并及時(shí)解決。

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