三元电池安全标准正制定:电动车将走向无线充电? 

21世纪经济报道 王欣

“安全是一个正反馈的概念,而并非我们一强调安全,就让大家觉得电动汽车不安全。电动汽车还是需要不断创新的新兴产业,既需要社会宽容,同时也需要减少脆弱性,不要因为一两次安全事故,就吓跑消费者。”百人会负责人在8月12日百人会夏季论坛暨电动汽车安全报告媒体交流会上表示。

在当天的交流会上,中国电动汽车百人会副理事长、清华大学汽车工程系教授欧阳明高指出,电动汽车安全性涉及三个方面。

一是电池行业,这是最基础、最核心的电池安全领域,需要进行严格的热管理;二是充电行业,这是一个新兴行业,有待进一步规范,无线充电将是未来方向;三是整车行业,由于电动汽车的安全验证严格,整体质量较好,但企业仍需要关注高压电机系统、碰撞测试以及防水防尘工艺。

不过由于客车企业车型过多,产品开发周期过短等因素,电动客车安全隐患更大,需要重点监管。当问及三元电池暂停使用有无放开时间表时,欧阳明高称相关部门目前正在制定相关安全标准。

三元电池安全标准正制定:电动车将走向无线充电? 

热失控需谨慎评估

电池安全性与温度有关。“电池与发动机等其它部件不同,随着温度上升到某一温度,电池会开始产生副反应,副反应会连锁形成电池放热,达到一定程度会使内部短路、隔膜崩溃、电解液燃烧,使温度迅速上升,形成热失控,到达最高温度会形成冒烟、起火甚至爆炸。”欧阳明高表示。

其中,需要注意的是三个特征温度:一是“自生热起始温度”;二是“热失控起始温度”,如短路、大规模燃烧;三是“热失控”最高温度,如内部核心温度达到900度甚至接近1000度。

“电池只能在一定温度范围内才能正常工作,温度高了不行,低了也不行。低温环境下,电池容量放不出来,也充不进去,这是因为电池极化导致的。总之,电池怕冷,如果电池温度太低,它就不能正常工作。高温环境下,电池也不能正常工作,正常工作范围是在45度以内,如果温度到达90至100度,问题就产生了。电池就会引起一系列‘自生热反应’。”欧阳明高称。

“但是有的材料体系热失控最高温度只有三四百度,有的电池只冒烟,这跟电池材料体系相关性很大,不同体系的电池温度指标并不相同。”他解释道。

尽管电池材料情况不一,但都会有“自生热起始温度”,达到这个温度电池会形成副反应,一般是放热。

放热反应会引起温度升高,温度升高之后又会引起另一个副反应,导致温度再升高,形成连锁反应。

当温度达到150-250度时,热失控就会发生,如隔膜崩溃、电解液燃烧等,最高能达到900度以上高温。

欧阳明高进一步指出,锂电池由于特性原因存在安全隐患,但并不等于电动车就一定不安全。所以,为了防止电池热失控,需要严格的热管理,从加热、散热、隔热三个方面使电池温度始终保持正常范围内。

所谓散热,简言之,就是通过冷却系统来散热,这个系统设计非常复杂,有风冷、水冷等散热方式。而冬天温度低时还需加热,但加热是一个技术相对较难的系统;所谓隔热,是当一个电池出现热失控情况后,问题尚未严重时就要进行隔热,以防出现像点鞭炮一样一个接一个发热,第一个电池热传导到下一个电池,形成连锁反应。

电动车推动能源转型

由于我国充电桩行业整体水平相对落后,产品准入门槛低,质量参差不齐。欧阳明高认为,电池充电时容易引发安全问题,而充满电的电动车更容易出现安全事故。

“如果电池管理系统出现问题,充电桩可能并不能及时反应,电池过充达到150%就会出现大事故,而电池常常充到100%以上,短期内不会出现太大问题,但长期使用电池寿命和安全就会受到影响。”欧阳明高说。

此外,在充电行业中,无线充电的效率正在逐渐提高。无线充电是高频的,新一代半导体电力电子器件适合高频,所以它的能量效率并不比传统的充电方式低多少。

“新一代电力电子器件的出现,使得无线充电技术发展突飞猛进,它的效率在提升,传统的充电方式效率达到90%以上就非常好了,现在无线充电效率也可以达到90%以上。”欧阳明高说。

但在成本方面,目前的无线充电要比传统电池高。不过,无线充电在安全性、便利性等方面会有很大提升,这一点可以体现在充电体验上。

“前一段时间下大雨,电动汽车面临的主要问题是充电口进雨。如果使用无线充电,就可以避免这个问题。另外使用无线充电,下了车直接走人,就像现在加油站自助加油那样方便,充电体验的要求高了之后,肯定会需要无线充电的技术。”欧阳明高说。

此外,无线充电的技术发展和应用除了取决于新一代的电力电子器件,还要依靠精确定位。

“不是人开着去定位,而是要跟车辆的智能化结合。” 欧阳明高称,“所以下一步的发展方向是双向,车网融合。因此在充电这一端的技术变革将是由有线向无线发展、由单向充电向双向馈电发展,电网往车送电,将来车也可以往电网回送电。”

电动车曾受人诟病并不环保,因为电池本身的电量来源于燃煤发电,这一过程还会放出大量二氧化碳。不过,欧阳明高认为这个故事没讲完。

“《第三次工业革命》这本书讲的就是未来的电动车是用能、储能、回馈能源的终端,即电动车是能源终端、信息终端,也是物流终端。在这个方向上,无线充电将会起到非常重要的作用。”欧阳明高认为,这才是电动车的完美故事结局。

类似于特斯拉最近要收购美国最大家用太阳能企业Solarcity,马斯克的目的是要实现利用太阳能为电动汽车充电,并且将多余的电能储存起来以备后用。“这样每家每户都是发电厂,如果电多了,电网里面收购电价合适时用户就可以卖电,如果电特别便宜时还可以买电,电网波谷时充电,电网波峰时就能够用电动车放电。所以故事讲到这个程度,就不会再说电动车不清洁。”

欧阳明高认为,能源转型再过30至40年将会完成,目前太阳能转化效率最高已达到30%,当成本慢慢降低之后就会实现大规模应用。“太阳能、风能都是间歇式能源,它要储能,最好的方式就是电池。”

来源:21世纪经济报道

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