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新能源汽车安全性命攸关 电池测试更要精益求精

  焉知新能源汽车   2020-11-22 次浏览

  入夏以来，电动汽车自燃事故又现频发，已经有十几起新能源车自燃事件，涉及车辆包括陆地方舟、江淮瑞风新能源、理想ONE、广汽Aion S、比亚迪秦 ProEV、比亚迪唐DM、江铃易至EX5等。

       为此，比亚迪可能会加快落实新车改用刀片电池的计划；蜂巢能源发布了薄片无钴长电芯；特斯拉也与宁德时代商讨使用无钴电池，但又悄悄囤了6000吨钴，所以，未来哪种电池成为主流还真说不定。


热失控已成新能源汽车短板
       2011-2019年新能源汽车事故调查数据显示，因热失控导致的动力电池出现安全问题的比例超过了50%。事实上，对车企而言，新能源汽车的安全隐患已经成为制约其未来发展的短板。为此，6月8日工信部发布开展新能源汽车安全隐患排查的通知，要求新能源汽车生产企业及动力电池供应商于今年10月底前完成对所生产新能源汽车的安全隐患排查工作。
       今年5月，全国新能源汽车自燃事故多达5起，而引发这些事故的元凶大多来自于电动汽车的“心脏”——动力电池。目前，新能源汽车动力电池主要采用液态电解质，易燃性是其致命问题，高温季节下汽车内部温度偏高和电池充电速度过快都会导致电池过温，从而造成电芯损害，甚至导致电池自燃。
       有网友将新能源汽车接二连三的自燃事件称为“特斯拉式自燃”，谁让特斯拉是新能源汽车的领头羊呢？是不是得作出一个表率？当然，还有蔚来，有人统计，从蔚来自燃比例看，平均每8000台ES8就会发生一次自燃现象。
       特斯拉之前的回应是“我们正继续以谨慎的态度调查自燃的根源，与此同时我们今天将通过空中升级（OTA）软件的方式修改ModelS和ModelX车型上管理设置，以帮助进一步保护电池，提高电池寿命。”又有人调侃了：一台电脑主板烧了，你再去升级，电脑就能开机了吗？问题的根源应该不仅仅是升级软件，最主要的还是电池本身的安全。
作为新兴汽车产品，新能源汽车的质量关系着用户的人身安全，其动力电池的可靠性一直颇受关注，因为安全性一直是新能源汽车发展的方向和底线。保障汽车安全首先要从动力电池入手，经过动力电池测试系统的全面检测，才能有效的剔除那些不良品，保障用户的安全和正常行驶。

电池测试市场水涨船高
       作为新能源汽车核心部件，动力电池的发展与新能源汽车行业息息相关。2019年，尽管新能源汽车产销量都出现了下滑，但我国动力电池产销量仍保持正增长。中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长马小利表示，这与单车载电量提升有很大关系。他表示，从材料类型看，三元和磷酸铁锂仍是主要品种。另外，车载动力电池能量密度的提升反映了技术的进步，也更贴近市场需求。
       中国汽车动力电池产业创新联盟公布的数据显示，2019年，我国动力电池产量累计为85.4GWh,同比累计增长21%。其中，三元电池产量累计55.1GWh,占总产量的64.6%，同比累计增长40.8%；磷酸铁锂电池产量累计为27.7GWh，占总产量的32.4%，同比累计下降1.2%。动力电池的销量与产量差距并不大。2019年，动力电池累计销量为75.6GWh，同比累计增长21.4%，整体处于正增长态势。
       动力电池的发展同样拉动了对电池测试系统的需求。动力电池行业飞速扩容的同时，政府也更加注重电池行业的产品质量，不管是锂电池还是其它电池，由于其应用领域的特殊性使得客户对电池的安全性能、可靠性能和循环寿命要求越来越高，因此，低成本、高效率的电池测试解决方案，安全稳定的电池产品无疑是电池厂商立足市场的关键。

共识是：无论什么电池，安全测试不可或缺
       毫无疑问，电池不仅决定着车辆的性能和续航里程，更关乎生命和安全。因此无论是车企还是电池厂商都需要对电池进行全面测试，从而真正了解电池，发挥电池的最大作用。电池领域有300多项测试方法，研发电池的厂商会用的多一些，大多数电池用户只能根据使用要求进行一小部分有典型意义的测试，以下是人们最关心的与起火、爆炸有关的几项测试：
  • 挤压测试（电池包）：挤压板二选一；挤压方向：x和y方向，可分开在两个试验对象上执行测试；挤压速度：不大于2 mm/s；挤压程度100 kN或挤压方向的整体尺寸的30%变形；保持10 min，不起火不爆炸。
  • 加热测试（单体）：锂离子电池：升温速率5℃/min，升温至130℃±2℃，保持30 min。镍氢电池：升温速率5℃/min，升温至85℃±2℃，保持2 h，不起火，不爆炸。
  • 过充测试（单体）：充电电流：制造商规定且不小于1/3的电流；截止条件：制造商规定的充电终止电压的1.1倍或11% SOC，不起火，不爆炸。
  • 热稳定性热扩散测试：电池包或系统或整车，进行热扩散乘员保护分析与验证，并提供如下报告，制造商提供制造商定义的热事件报警信号说明和说明电池包或系统安全性技术文件，检测机构依据制造商提供的技术文书、实验程序进行结果验证的检测报告。进行热扩散乘员保护分析和验证。电池包或系统在由于单个电池热失控引起热扩散，进而导致乘员舱发生危险之前5 min应提供一个热事件报警信号。
        比亚迪为了证明刀片电池有多安全，除了有争议的针刺实验之外，还进行了其它各种安全测试，然后表示在结构设计、过充保护等多个方面刀片电池都展现了优势，铁电池比三元电池安全！宁德时代想说的话也很简单：三元电池也很安全！后者认为，比亚迪正在“混淆概念”，通过针刺≠电池安全，动力电池的安全性主要表现在系统热安全、机械安全、电气安全及功能安全，而不只是电芯的安全。在其看来，针刺单体电芯类似于点火测试汽油、柴油的易燃性，完全忽略了油箱的保护作用。
       近年来，由于钴矿供应问题，无钴电池已成为国内外主流动力电池企业的研发方向。脱胎于长城汽车动力电池事业部的独立第三方电池厂商蜂巢能源的无钴电池采用叠片工艺，除了满足车规级动力电芯的形态要求，据说能量密度比磷酸铁锂电池提升了40%，电池的输出功率也得到了显著提升。另外，无钴电池还实现了高安全性、高能量密度和高寿命的统一，同时可以降低成本。
       众说纷纭，不管怎样，大家的共识是：无论是磷酸铁锂电池，还是三元电池，或是无钴电池，安全测试都非常必要！另外，电池所导致的问题不仅仅是自燃那么简单！还有消费者同样关心的充电时间、行驶里程和电池寿命等等。

电池测试的目的和侧重点必须厘清
        动力电池生产工艺流程长，除了几十道生产工序之外，还包括电池充/放电性能测试、电池循环寿命测试、电池容量测试、品保出货/进料测试、生产测试等工序，在制造工艺精益求精的基础上，也是为了使用安全，企业也必须重视电池产品的性能测试。
       从电池研发到应用的过程中需要进行大量复杂而重复的测试验证工作，测试方法、手段也有很大不同。如耳熟能详的HPPC、NEDC、DST等测试，但首先需要考虑的到是电池测试的出发点和目的是什么？然后根据自己的理解构建一幅地图，从而为后续的测试工作提供导航。事实上，动力电池测试要从三个维度去理解。
电池测试的三个维度
        第一个维度是电池企业。动力电池OEM厂商必须通过一系列测试获取电池特性。这类测试就像人们常常会通过IQ、性格、体能等测试来了解自己的特点和特长，从而为个人发展做出更好的决策。电池企业需要充分掌握其电池的特性，从而为电池管理算法提供必要的决策依据。
       第二个维度是车企。作为动力电池的应用者，车企需要对其选择的电池是否满足产品全生命周期的性能需求进行评估。这类测试就像招聘过程中的笔试、面试和实习，在于评估面试者是否符合特定岗位所需的能力要求。
       第三个维度是认证机构。市场监管机构需要利用标准规范，通过有效的测试手段淘汰一部分不安全、不环保、不经济的落后产品，避免其流入市场。这就像医院通过全面检查筛选出心理、生理上有严重缺陷的病人。
       电池测试的具体目的则包括两个方面：
       第一是了解电池特性，即从电池本身出发，通过测试了解电池容量、内阻、电压特性、温度特性、倍率特性、循环寿命、能量密度等重要参数，利用这些参数来论证被测电池是否达到最初的设计目标，同时根据这些参数在使用电池的过程中实现更好的管理和控制。
       第二是评估电池满足需求的能力，即从应用场景和需求出发，倒推出电池应该满足的特性，并经过测试来验证被测电池是否达标。例如车企可根据低温驾驶场景设计电池冷启动测试；根据功耗指标设计能量效率测试；根据车辆爬坡或加速场景设计功率性能测试等。另外还可以从车辆安全角度出发，设计过充过放、短路、过温、挤压穿刺等试验。
       因此，我们首先要考虑对电池的测试是为了解电池，还是用来评估电池满足应用场景的能力，这样才有助于进一步理解测试的内容。

探索快速、准确、可靠、安全的电池测试技术
       蓄电池是一种非常复杂的设备，涉及测控技术、能量变换技术、功率变换技术、系统集成及制程工艺等，要进行快速准确的各种测试是非常困难的。针对目前的实际情况，电池制造厂商、电池测试技术研究机构及广大电池维护人员都在积极探索快速、准确、可靠、安全的电池测试技术，不断采用节能、高效、高性能、高精度、智能化的先进测试测量设备为电池安全保驾护航。
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