2024年06月29日 星期六

科學解讀三元鋰電池客車暫停令 安全紅線需遵守

發佈時間:2016-03-21 01:06:12  來源:蓋世汽車  作者:佚名  責任編輯:孫建鵬

  雖然距工信部宣佈“暫停三元鋰電池客車列入新能源汽車推廣應用推薦車型目錄”的決定已經兩月,但是業界關於此決定的熱議仍在持續發酵。那麼三元和磷酸鐵鋰電池安全性誰更勝一籌?三元電池在客車被禁是否應該?

  三元燃燒似火藥,磷酸鐵鋰燃燒像煤

  化學裏面我們都學過,燃燒有三個基本要素:助燃物、可燃物、著火源。那麼在鋰電池裏面,不同正極材料一旦燃燒起來有什麼不同呢?對於這個問題,行業專家給出了如下的解釋:

  三元材料的燃燒特性比較像火藥。火藥之所以一點就燃,是因為火藥裏含有硝酸鹽成分,遇熱分解産生氧氣,向硫磺和碳提供燃燒要素。一旦開始燃燒後,硝酸鹽連續釋放氧氣,於是火藥進入“熱失控”狀態,釋放出威力巨大的能量。與之類似的,三元材料熱穩定性較差,在200℃左右的外界溫度下,就會分解並釋放出氧氣,與電池裏的可燃的電解液、碳材料一起,一點就著。産生的熱量會進一步加劇正極的分解,造成與火藥類似的“熱失控”。三元鋰電池一旦著火,在極短的時間內就會爆燃。去年使用了三元電池的香港品牌巴士在幾十秒內爆燃,並付之一炬就是典型的例子。

  而磷酸鐵鋰的燃燒就像煤燃燒過程。煤的燃點高,而且燃燒需要消耗外部氧氣。它的燃燒過程是一個熱量傳遞、逐漸消耗空氣中的氧氣的過程。類似的,磷酸鐵鋰熱穩定性好,在700℃時才會發生分解,即使分解也不會釋放氧氣。所以磷酸鐵鋰電池的燃燒需要外部提供氧氣,一旦氧氣源被切斷,火就能熄滅。在極端的情況下,磷酸鐵鋰的燃燒也不激烈,而且火勢擴大也比較緩慢,起火也比較容易被撲滅。

  三元系統安全設計挑戰是磷酸鐵鋰十倍以上

  從以上分析不難看出,就材料層面來看,三元材料相對磷酸鐵鋰的安全性有本質差別。要達到與磷酸鐵鋰電池系統同等安全性,三元電池系統在整車、動力電池系統、動力電池包、模組、電芯等不同層面的安全挑戰要遠遠高於磷酸鐵鋰。打個比方,我們在運輸煤炭的時候,一般是無需特殊防護。而運輸火藥,則需要特別小心,由專門組織用特殊車輛進行運輸。

  那怎樣才能消除三元材料的危險性呢?業界翹楚特斯拉從2003年起就展開了大膽嘗試,大約花了10年的時間,研發相應的安全技術。目前頂配的ModelS使用了接近7000顆松下産三元鋰電池,對電池兩次分組,做串並聯。設置感測器,感知每顆電池的工作狀態和溫度情況,由電池控制系統進行控制,防止出現過熱短路溫度差異等危險情況。此外,特斯拉在碰撞防護上也可謂是做足了工夫,大量使用了高強度鋁合金、超高強鋼、防彈複合材料。

  然而在這樣的嚴密防護下,特斯拉也沒有與事故無緣。從去年新聞報道的幾起特斯拉起火的事件來看,三元鋰電池遇穿刺會短路噴火,正是其層層盔甲下的“軟肋”。遇到極端情況或外力擊破了保護,特斯拉依然會起火,只是特斯拉的重重保護給了車主一定的逃生時間,因此沒有發生重大的傷亡事件。

  在小轎車的領域,目前主流的大型車廠展開的三元實踐也與特斯拉類似。通過數年的項目研發週期,通過嚴密的設計和層層的驗證,消除各種可能的安全隱患,並保證上市時車輛的整體安全性。其核心品質策略,可以説是“以時間換取品質”。決定這些大型車廠這麼做的原因,正是他們對保證乘客生命安全的高壓線態度。

  公共交通領域 需堅守安全底線

  基於特殊的歷史原因,中國的客車企業並沒有轎車企業類似的正向開發流程。通常一款新的客車,從構思到上市也就是3-6個月的時間。支撐這個“中國客車速度”的,是完全成熟的柴油機、變速器生産,以及相對簡單的車體結構。

  然而在新能源客車領域,因為客車配電量大,載客人數多,逃生門卻比較少。對安全性的要求實質上是要遠高於乘用車的。如果我們還是抄襲“中國客車速度”,不以嚴謹務實的態度去對待安全這個底線,那麼新能源客車行業出事故就是難以避免的。其實,在整個2015年,經媒體公開報道的新能源客車起火的事故就有11起。不幸中的萬幸是,其中使用磷酸鐵鋰的車輛,起火時相對緩慢的速度,使得乘客得以全部逃生。而發生爆燃的三元電池客車,是在無人狀態下出事的,從而避免了更大的人身傷亡事故。

  筆者並不是説客車起火是好事情。所有的客車廠應該吸取這些嚴重的教訓,以更嚴謹、更慎重、更安全的態度研發産品,而不是一味追求經濟利益,對公眾安全掉以輕心。現在是還沒出現重大安全責任事故,但萬一齣了呢?那就會對行業産生巨大的打擊,很可能是“一顆老鼠屎,毀了一鍋湯”,毀滅了整個新能源汽車行業。

  別忘了,在安全與性能的取捨上,公眾安全永遠是重中之重。對三元材料而言,雖然表面上國家暫時關閉了一扇“門“,別忘了還留著一扇“窗”。只要認真嚴謹的開發,三元材料在乘用車、專用車市場依然有廣闊的應用,這些市場的規模也更大,更有潛力。什麼時候,當三元電池系統解決了熱穩定問題,提高了系統安全性,通過了比轎車更為嚴格的安全標準測試,相信那便是“門”打開之時。

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