如何保證電池系統(tǒng)安全

電動(dòng)汽車(chē)事故非常引人關(guān)注，從近年來(lái)國(guó)外電動(dòng)汽車(chē)自燃起火的原因看，主要是碰撞后起火。其實(shí)燃油車(chē)碰撞之后也會(huì)起火。再看國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)的起火的情況。國(guó)內(nèi)起火主要有以下幾個(gè)特征：第一，三元電池為主，超過(guò)一半，磷酸鐵鋰也有一部分。第二，圓柱形電池為主，因?yàn)樗卿摎?，卷的比較緊，所以一旦發(fā)生熱失控，會(huì)爆炸，之后會(huì)引燃其他電池。第三，充電失火的事故占比較大。一般來(lái)說(shuō)電池如果放電到一定深度之后不會(huì)熱失控，熱失控一般都是在滿電狀態(tài)，所以在充電的時(shí)候容易引起起火，因?yàn)槌潆姷臅r(shí)候，電池與充電系統(tǒng)連在一起，又是熱失控最容易發(fā)生的時(shí)候，同時(shí)還有高壓電器的短路等等，都容易引起事故。再?gòu)能?chē)型的角度講，新舊車(chē)型都有，電池系統(tǒng)的比能量并不是很高，因?yàn)楝F(xiàn)在發(fā)生事故的主要是前幾年出廠的車(chē)。

分析結(jié)果顯示，電池?zé)崾Э貞?yīng)該說(shuō)是起火事故的主因，什么叫電池的熱失控呢？電池溫度到達(dá)一定時(shí)候電池就會(huì)有連鎖的放熱反應(yīng)，所以溫度快速上升，最高的速度可以達(dá)到每秒鐘溫升接近1千度。

因此，保障電池系統(tǒng)安全性的核心是研發(fā)先進(jìn)的電池管理系統(tǒng)。目前，在電池管理系統(tǒng)方面，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品功能不足、精度不夠，尤其是安全功能不全，因此需要加大電池管理系統(tǒng)的研發(fā)力度。清華在電池管理系統(tǒng)的積淀比較豐富，已經(jīng)獲得65項(xiàng)專(zhuān)利授權(quán)，這些專(zhuān)利在國(guó)內(nèi)外著名公司合作中得到了應(yīng)用。

那么，我們?nèi)绾螐氐捉鉀Q電池安全性問(wèn)題？近期可以通過(guò)一些技術(shù)手段來(lái)保障安全性，但是長(zhǎng)遠(yuǎn)看，要保障電池的絕對(duì)安全就需要前瞻性的科學(xué)研究。鋰離子動(dòng)力電池高比能量是全世界范圍的發(fā)展方向和趨勢(shì)，我們不能因?yàn)橛邪踩珕?wèn)題就不發(fā)展高比能量電池，關(guān)鍵是把握高比能量與安全性之間的平衡點(diǎn)。比如高鎳三元鋰離子動(dòng)力電池的本征安全問(wèn)題，其機(jī)理是正極會(huì)釋放氧，我們可以通過(guò)界面的修飾來(lái)延緩正極釋氧，提高穩(wěn)定性;再一個(gè)就是開(kāi)發(fā)下一代的固態(tài)電解質(zhì)，從根本上解決電解液燃燒的問(wèn)題。

基于各國(guó)動(dòng)力電池技術(shù)路線的比較，短期是發(fā)展液態(tài)電解液的鋰離子電池，下一步將會(huì)向固態(tài)電池方向發(fā)展。綜合考慮電池成本和動(dòng)力電池的發(fā)展方向，建議我國(guó)也應(yīng)該走類(lèi)似的路徑，即短期是液態(tài)電解質(zhì)，發(fā)展高鎳三元正極和碳負(fù)極，通過(guò)電池管理系統(tǒng)和熱蔓延的抑制來(lái)防止安全事故發(fā)生，這類(lèi)電池能夠滿足電動(dòng)汽車(chē)500公里續(xù)駛里程的要求。中長(zhǎng)期，從液態(tài)電解質(zhì)逐步過(guò)渡到全固態(tài)電池，估計(jì)在2030年全固態(tài)電池將會(huì)得到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

為解決動(dòng)力電池本征安全問(wèn)題，保障新能源汽車(chē)行業(yè)的健康發(fā)展，在此，提出相關(guān)政策方面的建議如下：

第一，原有的產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)（2020年單體比能量達(dá)到350瓦時(shí)/公斤，系統(tǒng)比能量260瓦時(shí)/公斤，循環(huán)壽命2000次）是偏高的，從安全角度考慮，我認(rèn)為不宜強(qiáng)行推行。

第二，補(bǔ)貼政策要符合技術(shù)發(fā)展的規(guī)律，對(duì)能量密度的提升不宜過(guò)快、不宜更改過(guò)頻，這是我對(duì)財(cái)政部的建議。

第三，盡快推出電動(dòng)汽車(chē)安全年檢規(guī)范。同時(shí)，為了更好處理和分析電動(dòng)汽車(chē)事故，最好有電動(dòng)汽車(chē)黑匣子，同時(shí)電池包要留有消防安全的接口，目前的電池包封的很死，導(dǎo)致消防滅火的時(shí)候困難重重，這些是對(duì)公安部的建議。

最后，我覺(jué)得電池安全是電池技術(shù)革命性突破的第一重點(diǎn)，也是純電動(dòng)汽車(chē)性能提升的第一關(guān)鍵，電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展越到后期電池安全就越變成一個(gè)瓶頸技術(shù)，比如快充技術(shù)，十分鐘充300公里以上的電，會(huì)對(duì)電池安全帶來(lái)挑戰(zhàn)，電壓從300V提高到600V甚至800V，這些都與安全相關(guān)，也是今后純電動(dòng)汽車(chē)競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)?？梢哉f(shuō)安全是電動(dòng)汽車(chē)可持續(xù)發(fā)展的生命線，動(dòng)力電池國(guó)家科技研發(fā)，要以安全為核心，全面提升現(xiàn)有鋰離子動(dòng)力電池系統(tǒng)安全技術(shù)，全力突破新型固態(tài)電池技術(shù)。

（本文根據(jù)中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高在全球新能源汽車(chē)創(chuàng)新大會(huì)演講整理，未經(jīng)本人審閱，文字有刪節(jié)。）