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新能源电动汽车动力电池安全之「针」

了解了事件的始末,我们其实可以清晰地看到,比亚迪和宁德时代之间的矛盾点就是:针刺实验是否代表电池安全性。

那么我们要先知道什么是针刺实验?

首先要了解一个概念:

针刺实验是模拟电池被金属物刺入的场景,电池针刺后一般会发生内短路。

针刺测试的核心目的,不是一定要让电池内短路,而是模拟金属刺入后等场景下发生热失控的几率。

所以重要的不是刺穿,而是刺穿后怎么去管理热失控。

我国锂电池针刺实验,是从 QC/T743 开始的,本标准由国家发改委 2006 年 第 18 号公告发布,编号为 QC/T 743-2006,自 2006 年 8 月 1 日起实施。本标准是一项新的汽车行业标准,规定了电动汽车用锂离子蓄电池的要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存。

中国当时标准的制定其实是非常严格的,针刺实验过程中瞬间释放的热量主要来自于电池内部短路,而且在此过程中短路是持续的,直到整个电池内部能量被完全释放。

在当时,针刺实验的确有助于改进电池安全性能,但与此同时中国电池路线也相对被固化在磷酸铁锂产品上。

新能源电动汽车动力电池安全之「针」

但要注意这里有一个时间差,这个标准是 2006 年发布的,那个时候就连智能手机还没有普及,新能源汽车也只有少量商用车,而且那时中国锂电事业也并没有现在的繁华与丰富经验。

所以制定动力电池安全标准时,更多的是参考消费电子产品的电池测试标准而来,但满足车规级要求和消费级还是有本质区别的。

随着新能源汽车成为国家战略产业,顶层策略在改变,推广电动汽车就需要提高产品竞争力,能量密度是关键,而单位体积下三元锂电池能量密度高于磷酸铁锂是行业共识。

所以从 2017 年开始对动力电池进行补贴后,电池的产品路线就有了转变,同时安全标准也在改进。

电池针刺后失控

随着新能源汽车产业的深入,累积了丰富的经验后,电池厂商与主机厂以及国家层面的管理机构发现,针刺实验在单一条件下是一种等效验证,而并不能完整复现电池内短路的差异。

所以在 2017 年 1 月发布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》中,GB/T 31485-2015 中把「电池单体」针刺列为暂不执行项目。

因为当时国际上采用的 IEC 62660-2 和 IEC 62660-3 等均未采用针刺实验来作为电池安全性标准。这也是动力电池和国际接轨的第一步,所以特斯拉采用的 NCA 电芯也才有了长期的高增长。

新能源电动汽车动力电池安全之「针」

所以对电池的安全性判定,开始在方向上发生了根本性改变,从单体电芯转变成对电池系统层面热失控传播特性的关注。

那这里是不是说针刺就没有意义了呢?

显然不是,UN GTR 20(电动汽车安全全球技术法规)并没有把针刺列入单体电芯针刺测试,而是把针刺做为单体电芯热失控的触发条件,并且要求热失控后电池系统 5 分钟内不起火、不爆炸,为乘员留足够的逃生时间。

能通过针刺实验,可以简单说明单体电芯很难触发热失控,优化单体,可以后续判定电池系统是否可以控制热失控的蔓延。

新能源电动汽车动力电池安全之「针」

这个其实很好理解,电池的安全贯穿在电池的整个使用过程,包括了电芯单体的设计、系统设计、Pack 防护、整车层面优化,确保动力电池全生命周期,在每个阶段的安全,才能真正提高电池安全性能。

这一点比亚迪的实验表现比较片面,首先在材料端三元的确不如磷酸铁锂更稳定,但能量密度却要好于磷酸铁锂,而从宁德时代的视频回应中,它也能做到让三元电池电芯层面,针刺后不起火、不爆炸。

电动汽车充电

举个例子,便于理解,传统汽车时代汽油为主要能源,而汽油本身却是具有低燃点、易挥发的特性,见火就着应该是都知道的常识,但经过特殊储存它可以实现全球运输,所以汽油可以点着,但经过整车优化以及油箱的保护,可以源源不断提供动力来源。

这也就解释了,为什么宁德时代会放出第一个视频,这说明宁德时代针对 Pack 层面的优化已经有了实质性进展。而第二段视频则是在表明宁德时代早在 2017 年已经掌握了可通过针刺实验的产品,很明显这套组合拳是专为比亚迪而出。

总体来说,针刺目前只是为了引起局部短路来触发热失控的一种手段,用来评估整包安全有些片面。

通过针刺实验也只能说明单体电芯不易引起热失控,但电池本身等部件对 Pack 的影响也很大,UV GTR 20 没有加入针刺实验也是引导主机厂要关注系统的控制。

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