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【芯视野】电动汽车频被召回,电池安全BUG如何破解?

来源:爱集微

#动力电池#

#电动汽车#

09-02 10:24

集微网报道(文/清泉) 以锂电为代表的动力电池正处于冰与火的洗礼中。

在全球各国政府的推进下,汽车正加速从燃油型向电动化转变,这无疑给了锂电市场起飞的绝好契机。但同时,自燃、起火、爆炸等因锂电池引发的汽车安全事故、召回事件,引发业界普遍关注,无疑给锂电池市场泼了一盆冷水。如何破解动力电池安全BUG?电池厂商或需从长计议。

缘起电池,电动汽车频被召回

因旗下电动汽车搭载电池存在潜在起火风险,通用汽车已接连三次召回雪佛兰Bolt电动汽车。2020年11月,通用汽车召回6.9万辆2017年-2019年间生产的雪佛兰Bolt电动汽车,进行软件升级。今年7月,通用汽车再度召回6.9万辆曾召回升级过软件的Bolt电动车。就在上周,通用汽车宣布扩大Bolt电动车的召回规模,追加召回包括2019年开始销售的车型,并将无限期停止销售Bolt电动汽车。

因电池缺陷一年内三次召回、停售一款车型,通用的损失可谓巨大,预计将耗资18亿美元,而通用汽车也表示正在考虑向电池供应商LG电子和LG能源索赔。

另一家汽车厂商现代也因同样问题召回汽车。今年2月,现代汽车宣布在全球召回8.2万辆Kona电动车和IONIQ电动车,其电池供应商LG能源承担了70%的召回费用。

而上述汽车召回事件的根源都是在电池身上,据悉,LG能源提供的电池存在电池阳极撕裂和隔膜皱褶缺陷,是导致起火事故的潜在根源。

作为全球头部电池供应商,LG能源在全球动力电池市场中占比超过两成,除了通用、现代,LG能源的重要电池客户还包括特斯拉(为其上海超级工厂车型供货)、福特、克莱斯勒、大众、奥迪、戴姆勒、雷诺、捷豹、保时捷等。可以说,电池隐患将影响全球千万计消费者的生命安全。

反观国内市场,因电动汽车电池导致的事故也是频频发生,据统计,仅2020年,国内电动汽车自燃案例就超过100起。

正如比亚迪董事长、总裁王传福所言,“安全性才是电动汽车最大的豪华(特征),如果不从根本上纠偏,放任安全事故愈演愈烈,电池爆燃事故将成为纯电动汽车发展的头号敌人。”

多管齐下,着力提升电池安全性

锂电行业从业者表示,锂离子电池出现起火燃烧甚至爆炸,根源在于电池内部的热失控,除此之外,一些外部因素,如过充、火源、挤压、穿刺、短路等问题也会导致安全性问题。提升电池安全性,要内外兼修,而材料和结构创新是电池厂商寻求突破的一个路径。

按电芯所使用的正极材料的不同,目前主流的动力锂电池主要有两类:三元锂电池与磷酸铁锂电池。三元锂电池是指使用镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂三元正极材料的锂电池,磷酸铁锂电池是使用磷酸铁锂做正极材料的锂电池。

由于材料价格低且结构稳定安全(电池穿刺、短路也不会起火爆炸),早期的电动车很多都采用了磷酸铁锂电池,但它最大的弱点是电池能量密度低。而三元锂电池由于能量密度高,在行业普遍追求长续航里程的导向下,近几年得到了广泛应用,不过由于三元锂电池材料耐高温性能较弱,在200摄氏度左右就会分解释放出氧分子,容易引发剧烈反应以致燃烧,因此,电池易出现起火自燃事故。

可以看出,对于三元锂电池,电池厂商需着力提升它的安全性,而对于磷酸铁锂电池,电池厂商在保证安全性的同时要着力提升电池密度,这样才能满足电动汽车真正的需求。

比亚迪推出的刀片电池就是在磷酸铁锂电池的基础上通过结构设计创新,实现了电池密度的提升。顾名思义,刀片电池就像“刀片”一样插入到电池包里面,在成组时跳过模组和梁,减少了冗余零部件,形成类似蜂窝铝板的结构。通过一系列的结构创新,刀片电池的体积利用率提升了50%以上,最重要的是,刀片电池在提升能量密度的同时,仍具有优异的安全性表现——可以经受最严苛的针刺实验。

引领电动汽车风向标的特斯拉已开始选用磷酸铁锂电池,其CEO马斯克不久前在推特上回答车主咨询时表示,“自己更喜欢磷酸铁锂电池,因为可以充电到100%,而三元锂电池只建议充到90%。” 

除比亚迪、特斯拉之外,选用磷酸铁锂的整车品牌在逐渐增多,据最近工信部《道路机动车辆生产企业及产品公告》,在新申报纯电动乘用车型中,有一半选用了磷酸铁锂电池。根据中国汽车工业协会的数据,在2020年全年,磷酸铁锂电池装机24.4GWh,占比38.3%,累计增长20.6%。

另一方面,三元锂电池的安全性提升探索也在不断进行中。前不久,广汽埃安发布了一项三元锂电池新技术——“弹匣电池”。在严苛的针刺实验中,“弹匣电池”可以做到无起火和爆炸。据广汽埃安介绍,弹匣电池是一个专门提升动力电池安全性的系统性技术,它不是纯粹的结构优化,也不是简单的增加隔热,而是从电芯本身安全提升到被动安全强化,再到软件主动防控的软硬件一体化的智能安全技术。

业内人士对此点评认为,虽然广汽埃安的针刺实验只是针对整体电池包,而非单体电芯,但弹匣电池在三元电池耐高温方面确实取得了不小进步。

除磷酸铁锂与三元锂电池以外,钠离子电池被认为是一种颇有发展前景的新型电池技术。钠离子电池具有原材料资源丰富、成本低、安全性高、受低温环境影响小,快充性能好的优势。中国“锂电池之父”、中科院物理所陈立泉在电动汽车百人论坛上的演讲中曾表示随着可再生能源革命的推进,未来锂离子电池一定会出现短缺,而钠离子电池是新电池首选。据悉,目前钠离子电池能量密度已可以做到150Wh/kg,磷酸铁锂电池能量密度约120-200Wh/kg,中国中科海纳、英国Faradion、法国Tiamat等厂商都已实现钠离子电池量产。前不久,电池大厂宁德时代也宣布推出钠离子电池,让这一技术的产业化进程进一步加速。

可以预见,具有高安全特性的钠离子电池有望为提升电动汽车安全性带来新的选择。

除了电池本身做到高安全性外,严格完善的测试与监管也是保证电池安全的重要手段。工信部推出的新版强制性国家标准GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》已于今年1月1日开始实施。新标准在优化电池单体、模组安全要求的同时,重点强化了电池系统热安全、机械安全、电气安全以及功能安全要求,试验项目涵盖系统热扩散、外部火烧、机械冲击、模拟碰撞、湿热循环、振动泡水、外部短路、过温过充等。值得注意的是,新标准中特别增加了电池系统热扩散试验,要求电池单体发生热失控后,电池系统在5分钟内不起火不爆炸,为乘员预留安全逃生时间。虽然是短短几分钟,但为司机和乘客争取到了宝贵的逃生时间,可大大降低事故死亡率。

据统计,目前国内平均每天发生的交通事故多达600起。随着电动汽车普及率的提升,这些交通事故车辆中,电动汽车的占比会越来越高,在碰撞发生时,人员受伤受困,车体受损,救援时间急迫,在这种情况下动力电池的安全性至关重要,不因碰撞起火造成二次伤害是动力电池最基本的安全需求。否则,因安全问题丧失消费者信任,将是电动汽车产业发展的极大障碍。(校对/无剑芯)

责编: 艾檬

清泉

作者

微信:qingq-wly

邮箱:wangly@lunion.com.cn

作者简介

集微网记者,关注半导体设计制造、汽车电子、人工智能及AIoT产业链。微信:qingq-wly

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