复盘针刺试验的故事,真切的证明了真实世界中体系安全策略最优。针刺试验规范,是很早

杰克说说车啊 2024-12-31 11:33:54

复盘针刺试验的故事,真切的证明了真实世界中体系安全策略最优。

针刺试验规范,是很早之前行业中评价电芯稳定性的一种试验方法,欧标美标中出现的很早,国标中比较早的是GB/T 31485-2015。

国标2015年设置针刺一开始确实有希望企业发展电芯体系通过针刺的意图(这个标准不是强制标准,是参考标准,GB38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》发布时取消了针刺的条目),尤其是在2014年时候,中国并没有突破三元锂技术,国内是最原始的磷酸铁锂电池体系,能量密度只有80Wh/kg,那时就有通过安全性来拦截三元锂应用的想法,有些企业游说希望国家补贴禁止补贴三元锂电池汽车并一度成为政策方向。但是后来随着CATL突破了三元锂制造门槛,然后靠《电动汽车动力电池白名单》政策只补贴中国本土电池企业补偿起始的价差,然后发展起来,这个理由也就不存在了。

在实践中,哪怕是低能量密度的磷酸铁锂也过不了针刺,高能三元锂电池更加活泼,就更不用说了。

但是我们认真的看一下GB/T 31485-2015,我们要注意到3个细节:

1. GB/T 31485-2015 针刺标准设定时,对于电芯的认知,是普通尺寸的方壳电池和圆柱电池,这一点从图例的尺寸设定中可以看出。

2. 提出了严苛的充电规范,因为充满电的电池的电池远比冲一半电,或者没有充电的电池危险得多。事实上没有充电的三元锂电池也是安全的,冲了一半电的电芯针刺诱发热失控的时间可能是满电的30-100倍以上。

3. 对于针刺标准是一种探索性的,例如对于钢针尺寸提出了直径5~8mm,但没有规定适用的细则(例如根据电池的体积或面积进行调整)。德国标准曾经讨论过大电芯是否要设置多针穿刺以模拟真实环境的想法,但是后来由于VDA试图标准化电芯,不了了之。

2020年3月,某企业展示了长刀电池可以通过5mm单针针刺试验的结果,试图证明起火已经从锂电池的字典中消失了。在发布会上,他们还邀请了欧阳明高院士,但是欧阳明高院士的观点很清楚,长刀电池结构创新更大。磷酸铁锂本身电极的稳定性更好,长刀结构相当于是把一个矮胖型的变成了一个瘦长型的结构,而且这么大面积的单体,用最细的5mm单针穿刺后,更长的电极回路和更大的内阻反而降低了升温速度,更大的表面积更有助于散热。由于现场没有展示充电信息,后来很多复刻试验都没有注意过充电电量。

所以,长刀电池过2015年的单针针刺试验标准,以不起火来代表安全,更像是一个面向试验的开发结果。

很多人说,我不听你这种弯弯绕绕的,长刀电池就是解决了针刺试验的难题,就是安全。

但是问题在于,电池安全与否,是要看真实环境下的情况的。长刀电池在单针穿刺下通过了试验,但是在真实环境下,由于这种超长的尺寸,带来了更大的安全风险:

1. 在正常制造和使用过程中,长刀电芯更容易面临变形的挑战。在一开始的长刀,或者叫“一体式假长刀”的时候,是用一个长刀的金属壳子,里面是把几个普通的电芯串联在一起,伪装成长刀,这还好一点。后来的真实长刀,反而在装配和实际形式过程中,由于这种弯折变形的趋势更大,电芯受损的概率增加。

2. 碰撞风险加剧。长刀电芯在碰撞中由于在电池包中的装配模式和自己的体积特点,更加容易被多位置碰撞损毁。在2020年,长刀电芯安全宣言之后,就接连发生了多起碰撞后起火的案例。

3. 以单体本征安全为名,大幅削减了体系安全策略,导致了安全风险。长刀电池所配的电池包往往大量的长刀电池直接紧紧相挨着,而且排烟通道空间也很少,甚至有些电池包连膨胀空间都没有预留,仅仅耐久后电芯的充放电的“呼吸效应”的内部应力就能损坏电池。电弧防护、密封防护也没有特别加强的措施。更恐怖的是,由于电气故障、密封泄露、碰撞等原因诱发了一个电芯热失控的话,电池包就几乎没有措施阻拦下一个电芯被引燃了。

很多人把电动汽车起火简化为电池起火,电池起火简化为电芯起火,电芯起火简化为针刺试验,然后针刺过了就等于电动汽车不起火。这就是认知作战。事实上,电池起火防护原因包括3大主要方向,24个子方向,衍生出数百条安全细则。

针刺安全仅仅是其中一个子方向的1个孙标准,而电池安全是一个水桶效应。经过这么多年的实践,起火案例的分析,站在整车角度的全体系安全策略,就是承认电池单体存在热失控的风险,但是即便失控我也能保护电池包和车辆安全,这样的全体系安全策略是最稳妥的。

2024年11月22日,中国消防总局会议中,明确指出,应当承认锂离子电池的热失控的不可避免性,要基于这种底线风险思维,来设定国家消防策略。电动汽车安全也是如此。

目前在实践中,磷酸铁锂的刀型电池更加流行的是短刀型,平衡性能、内阻、安全,然后不要放弃体系安全的相关策略,电芯间的隔热可以比三元锂简单一点降本,但是也要有。三元锂电池的冷却、气凝胶、排烟空间会更复杂。

这篇微博我不想比较不同厂商之间的方案,如果大家有兴趣,我们可以以后回顾一下不同企业的安全策略的特色,以及对于电池安全策略的发展的意义。

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