宇量电池毛焕宇:提升单体容量必须升级Fail-safe措施-电车资源

宇量电池毛焕宇:提升单体容量必须升级Fail-safe措施

  • 2019-05-27 15:18
  • 来源:电车资源

摘要:无法预测内短路,控制单体是阻止车辆自燃的关键

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今年在燃油车销量普遍下跌的情况下,新能源汽车销量却一直上升。但新能源汽车的安全隐患也一直困扰着消费以及行业内人士。在2019中国(西安)新能源汽车产业生态大会新能源整车及零部件技术论坛上,苏州宇量电池董事长毛焕宇先生也表示了对能量密度不断提升而引起安全事故的担忧,并分析了当前发生的新能源汽车自燃事故的原因。同时,毛焕宇先生也通过一系列实验,讲解如何通过Fail-safe措施避免新能源汽车自燃。

安全问题已提到非常高的高度

当前新能源汽车的安全问题已经提到了非常高的高度,工信部副部长辛国斌5月10日在北京举行了全国电话会议,专门讲到了新能源汽车的安全问题。欧阳明高教授说“电动汽车面临最大的风险就是电池安全性”,说不一定哪一天国家说这个不安全,不做了,我们整个行业一大半人就失业了,所以安全问题是非常头疼的大事。“这种情况以前从未发生过”,毛焕宇先生强调。

电池安全事故,内短路罪魁祸首

在最近的这段时间里,发生了多起新能源汽车的安全事故。上一个月烧了8辆车,特斯拉也有、蔚来也有。而不管是新能源汽车自燃,还是之前三星NOTE7爆炸、波音737电池自燃,分析结果显示造成自燃的原因都是电池内短路。

毛焕宇先生给大家展示了一个试验,把电池打开一部分,负极放在台子上,可以看到白色的隔膜,用针尖碰一下就烧起来了。这个实验模拟的是二位空间,而在电池里面是三维空间。什么是内短路?相当于电池里面有正极和负极,中间有一个很小的短路点,针尖那么大的短路点,存在以后,其他电机都输送能量,让能量越来越大,结果就是烧起来了。电池内部有一个微小的短路,内短路有什么危害,怎么会烧车?一个电池内短路之后有一个热扩展,热扩展造成了烧车,旁边又接着烧。哪一些环境会造成内短路,至少有三个环境造成电池内短路,第一是设计环节、第二制造环节,第三是使用环节。

设计环节、制造环节、使用环节都可能导致内短路

首先是设计环节,主要分为材料设计、结构设计和工艺设计。材料设计,三星手机就是因为隔膜厚度太薄了;材料没有选好就会造成内短路。结构设计不好内部张力大会造成内短路。还有一个是工艺设计,如果工艺过程没有选择和合理安排好也会造成内短路。

在制造环节中会埋下的安全隐患,毛焕宇先生做了详细的解释:制浆、涂布、分切、模切、卷绕、组装等环节都存在风险。电池制造过程是相当复杂的,是化学、机械、物理的整合。 

而在使用环节,快充也是导致内短路的重要原因。毛焕宇先生提供了一个电池运行图,绿色是锂离子,一边是正极,一边是负极,这是材料晶体结构。负极是一片一片的石墨组成的,锂离子跑过去藏在一层一层石墨中间,这个很正常,放电的时候跑过来,充电的时候跑回去,一来一去相安无事。但是充电太快就会出问题,充电太快,锂离子来不及钻进石墨层中,但是又要快充,正极里面的东西跑过来也没有办法,只好在门外等着。相当于房子一下子进不来,外面待着就有问题了,就变成锂金属层了,这个过程叫析锂,金属锂循环会产生短路,这个就是内短路。

无法预测内短路,控制单体是阻止车辆自燃的关键

内短路虽然是小概率事件,但在生产过程当中有很多可能性,不能完全防止。这些可能性在事故发生之前探测不到。因为在内短路发生之前隔膜是好的,放电的时候一膨胀一收缩,突然就烧了。但我们注意到一个点,在同一个时间内,内短路只可能发生在一个单体电池内。如果能够控制这一个单体,我们就阻止了烧车事故。

Fail-Safe措施是阻止车辆自燃的关键

实现完全安全,靠电池化学体系并不能够保证。要保证安全就要用Fail-safe措施。举个例子,老式的飞机只有一个引擎,现代飞机有两个引擎,实际上用一个引擎就够了,另外一个是为了Fail-Safe。而电池也一样,一个单体发生内短路,只要不影响其他单体就不会发生车辆自燃。

要证明一个电池包是安全的,就要将一个单体引爆,让内短路发生。如果一个单体引爆后整个电池包没有起火,那就说明这个电池包是安全的的。在没有采取隔绝防护措施的情况下,从实验中我们看到,引爆其中一个单体,整个电池包就会起火。那么如何做到单体引爆后不影响电池包呢?

首先我们分析其他电池起火的原因,单体爆炸的时候温度很高,最高超过1000度,电池爆炸的中心区域是1087度。通过在单体和单体之间增加隔温材料可以降低热量扩散,而除此之外我们在单体上方增加了烟道,电池爆炸以后,烟会沿着烟道往外走,这样可以降低中心高温区的破坏力。

毛焕宇先生举了特斯拉Model3的例子,并认为Model3的电池技术是颠覆性技术。Model3采用了75kWh的电池包,分为四个模组。电池开口上面都覆满了灭火剂,火冲出来,灭火剂会把火灭掉了,因此Model3很不容易发生烧车安全事故。因为所有单体上方的开口都很大,单个电池内短路发生爆炸时会把这个开口冲开,所以整个电池包很安全,可以实现Fail-Safe。

烧车事故通常由于内短路引发热扩展造成,但是内短路一般发生在一个单体电池里面。如果防护好,可以通过Fail-Safe措施预防。由于政策引导总让我们做更高密度的电池,能量密度越高安全性越差,提升单体容量必须升级Fail-Safe措施。


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