文/韦波

  2020年的电动车世界,不论怎么讨论,“自燃”都是无法越过的坎儿。但一个自燃,到底会引发多少行业讨论、技术变革和消费者的担忧?AutoLab在11月召集了编辑团队,从技术、产业、消费者等多个层面进行解读,为大家还原一个真实、完整的“自燃2020”。

  在现代纯电KONA在加拿大首炸之后,我就曾经预言中国迟早会出现电动车电池爆炸事故。原因很简单——中国是全球最大的汽车市场,同时也是全球最大的电动车市场,正所谓林子大了什么倒霉的鸟都有,常在河边走哪有不湿鞋……这是极大概率没法避免的事情。

  说到底,爆炸不过是更猛烈的燃烧,在电动化进程中,几乎所有的车企都在交学费。

  在今年5月份的时候,国家市场监督管理总局和国家标准化管理委员会针对新能源车发布了三项全新的强制标准,即《电动汽车用动力蓄电池安全要求(GB 18384-2020)》、《电动汽车安全要求(GB 30381-2020)》以及《电动客车安全要求GB 38032-2020》。这三项标准将于2021年1月1日起开始实施。

  在新标准中,最核心的内容是电池热失控5分钟之内必须发出报警信号。不过有意思的是,这项标准被一些人直接解读为“动力电池热失控5分钟内不起火”——但不管怎么说,出这么一个新标准多少有助于提升电动车动力电池安全性吧?

  至少有些媒体和消费者是这么认为的。

  对于这个问题,我特意采访了某地消防中队指导员吴先生,吴先生绝对是这一领域的专业人士。

  他的回答很直接,这条新标准仅仅是给车内乘员留出了更充裕的逃生时间,对于电池安全并没有任何帮助。更何况在吴先生统计的电动车燃爆事故中,绝大多数案例发生的时候车上并没有人。

  按照吴先生的话说,所谓的“5分钟警报”就是多此一举——在车上看到冒烟起火或闻到焦糊味,你还会呆在车上等警报响吗?目前,还没有电动汽车在非事故条件下自燃烧死车内人员的案例。

  至于电动车在事故中发生燃烧导致的伤亡并不能说明问题,毕竟燃油车在事故条件下也有燃烧的可能性。

  吴先生表示,这项标准就好比是说拉掉手榴弹拉环的时候必须要看到冒烟,你看到白烟之后就明白几秒钟之后手榴弹会爆炸,但是却无法阻止。

  在今年5月份发布的新标准中,还推荐了两种热失控触发方法即“针刺法”和“加热法”。在吴先生看来,这两种由外及内的物理方式也很难模拟出真正的电池热失控,毕竟电池热失控的本质是由内及外的。

  电芯内部,恰恰是热监控的难点所在。如果车企或供应商真有技术手段能对电芯内部实施热监控,那么就意味着有技术能力杜绝电动车电池自燃或爆炸,这么一来,所谓“电池热失控5分钟之内必须发出报警信号”的新标准,也就没有出台的必要了。

  新标准的出台,恰恰暴露了工程师们在电池安全方面的一筹莫展。说到底,这是目前锂电池的技术现状所决定的。

  众所周知,就目前最常见的“干电池”而言,其实也是会漏液的。所谓的“液”就是电解液。日本索尼公司在1991年率先将锂离子电池引入商业应用,锂电池技术发展到现在——不管是18650、811或是比亚迪的磷酸铁锂刀片电池,通通都属于液态锂电池。

  传统液态锂电池在大电流充电状态下,锂离子在还原时可能形成冰棱状的金属锂,这就是所谓的“锂枝晶”;运气不好的话,锂枝晶就会刺破隔膜导致短路,从而引发高温——这就解释了为何大部分电动车自燃和爆炸事故是在充电过程中发生的。

  你可以将锂枝晶产生的过程想象成水冻成冰的过程——如果瓶子里的水装太满,冻成冰之后就会把瓶子撑破了。

  电池能量密度越大,充电功率越大,就越容易引发锂枝晶穿刺短路。所以,吴先生表示,如果从安全角度出发,他个人认为传统三元锂(液态)电池是不适合用在电动车上的。

  相对而言,固态锂电池将成为更安全的动力解决方案。当然了,这并不是说固态锂电池不会产生锂枝晶,只不过其电解质为固态,在高温下不会出现电解液的气化甚至是氧还原,锂枝晶穿刺导致短路热失控的概率要低很多。

  这还不是最重要的。固态锂电池不需要使用隔膜和电解液,相对于传统三元锂电池可以降低40%的体积和25%的重量。而固态电解质可以极大缩短正负极之间的距离,甚至可以达到微米级,如此一来电池的厚度就能大大地降低,从而可以让电芯实现小型化和薄膜化。

  此外,即使是脆性的固态陶瓷电解质,在微米级条件下也是可以弯曲的,这让固态电池更加柔性,可以实现更多的封装设计——例如覆盖在“引擎盖”下方,天花板内侧、门板内侧等等,而且单个电芯之间的散热冗余也会更大。

  这就是说,固态电池可以传导更大的电流,可以实现更大的电池容量,而且还不需要额外增加温控管路。在相同容量前提下,固态锂电池包无论是体积还是重量都会更低,这就意味着工程师可以针对电芯的排列规划出安全舱——这其实就是现代舰船“水密舱”的概念,一旦某个舱室进水,将这个舱室单独关闭即可,不会影响到整艘船。

  同理,如果某个电芯出现了热失控,系统只要将其所在的“安全舱”关闭隔离,并自动降温灭火即可。从安全角度说,安全舱内的电芯数量当然是越少越好。

  听起来现在的三元锂电池也可以采用这套技术啊!

  问题其实不在于技术本身,而在于电池的体积。以搭载三元锂电池的电动车为例,如果要针对每四个电芯单独设立安全舱,那么在电池包体积不变的前提下,其续航力可能要缩水一半,这是车企不愿意承受的。

  说到底,安全舱技术并不高深,只不过需要占用大量空间,而固态锂电池相对于传统三元锂电池的最大优势,就是可以省出大量富余空间留给安全舱的设计。

  从目前情况看,固态电池的成本是个大问题。不过未来随着材料科技的进步以及规模化生产,固态电池的成本预计在5年后会降至目前三元锂电池的水平。目前掌握固态电池技术最成熟的车企是丰田,丰田准备在2020东京奥运会上推出搭载固态电池的通勤电动巴士,结果由于疫情原因,这辆车估计要明年才能看见了。不过依据丰田的e-TNGA电动计划,可能会在2025年将固态电池引入量产。

  未来电动车的核心竞争力或许不是“百公里加速4秒”或是706公里的超长续航了,而是智能化,还有就是固态电池。

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