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三元电池在电动客车上的应用或将解禁?

来源:《汽车实用技术》杂志   作者:刘小仙sasha   2016-11-29 16:29  浏览

2016年11月15日,工信部发布《关于进一步做好新能源汽车推广应用安全监管工作的通知》,同步发布《电动客车安全技术条件》。

 

通知指出,自2017年1月1日起,电动客车安全国家标准出台前,所有新生产的新能源客车暂按《电动客车安全技术条件》的要求执行。

《电动客车安全技术条件》从防水防尘性能、防火性能、可充电储能系统、控制系统、车载终端和远程监控、充电安全、车辆碰撞防护要求、整车等方面对电动客车提出具体技术要求,其中对可充电储能系统有“蓄电池单元热失控试验”和“可充电储能系统热失控扩展试验”等测试要求。

业内人士分析称,按照本次发布的技术条件,在通过热失控试验和热失控扩展试验测试的前提下,三元电池在电动客车上的应用或将解禁。

一、热失控试验和热失控扩展试验测试

1.关于蓄电池单元热失控试验

在《电动客车安全技术条件》中,热失控(thermal runaway)的定义是”单体蓄电池内放热反应引起不可控温升的现象”。蓄电池单元热失控试验的目的是对电动客车车载可充电系统的核心化学危险源进行安全性评价与管控,测试对象是电池管理系统管理的最小蓄电池单元。蓄电池单元热失控试验测试方法请查看《电动客车安全技术条件》。

《电动客车安全技术条件》对蓄电池单元热失控试验的技术要求是:蓄电池单元按照热失控测试条件进行试验,测试对象不应发生起火、爆炸。

2.关于可充电储能系统热失控扩展试验

在《电动客车安全技术条件》中,热失控扩展(thermal runaway propagation)的定义是“蓄电池包或系统内部的单体蓄电池或单体蓄电池单元热失控,并触发该蓄电池系统中相邻或其他部位蓄电池热失控的现象”。可充电储能系统热失控扩展试验的目的是在车辆的蓄电池系统发生热失控时,确保车内乘客的人身安全。

可充电储能系统热失控扩展试验测试对象为“整车或完整的车载可充电储能系统或包括蓄电池及电气连接的车载可充电储能系统子系统。制造商如果选择储能系统子系统作为测试对象,则需证明子系统的试验结果能够合理地反映完整的车载可充电储能系统在同等条件下的安全性能。如果储能系统的电子管理单元(BMS或其它装置)没有集成在封装蓄电池的壳体内,则必须保证电子管理单元能够正常运行并发送报警信号”。可充电储能系统热失控扩展试验测试方法请查看《电动客车安全技术条件》。

《电动客车安全技术条件》对可充电储能系统热失控扩展试验的技术要求是:a)如果未发生热失控,试验通过。为了确保热失控扩展不会发生,检测机构需证明采用附录C的三种触发方法,均不会发生热失控;b)如果发生热失控,但是热事故信号发出后5 min内没有发生外部起火或爆炸,且没有烟气进入乘客舱,试验通过。上述结论应在不拆卸测试样品的前提下通过肉眼来进行判断。

二、在技术上,三元电池能通过热失控试验和热失控扩展试验测试吗?

有国际电池行业资深人士向电动汽车资源网记者表示,从原则上讲,在材料设计和品质控制、电池设计、pack设计、BMS系统等方面都做到极致,并且把电芯和模组的容量限制在一定范围内,三元电池通过上述热失控试验和热失控扩展试验测试的可能性是有的。

上述人士同时指出,三元电池要通过上述两项测试,其难点在于如何设定满充电的终点,因为在热失控扩展试验中规定,“试验开始前,测试对象的SOC应调至大于电池厂商规定的正常SOC工作范围的[90%或者95%]”。

另一位动力电池行业专业人士向电动汽车资源网记者表示,热失控试验和热失控扩展试验并不是新推出的测试方法,有知名动力电池企业的三元电池一直在按照上述方法做测试,模组用硅胶或者全浸泡式可以通过。

然而,也有动力电池厂家对“三元电池通过热失控试验和热失控扩散试验测试”持悲观态度。“大客车上一般不用三元,我们也还没实际测试过,理论上很难过。”某动力电池厂研发负责人向电动汽车资源网表示。另外一位动力电池厂家相关负责人表示,由于磷酸铁锂和三元电池在材料特性上的差异,与磷酸铁锂电池相比,三元电池通过上述两项测试的难度要大。

当放热副反应的产热速率高于电池的散热速度时,电池内压及温度急剧上升,进入到无法控制的自加热(即热失控)状态,导致电池发生爆炸和(或)燃烧。可以说,热失控是导致电池发生不安全行为的根本原因。高能量密度对热失控有更高的要求吗?2016年9月,在张家港举行的2016中国新能源(600617)汽车动力电池产业技术发展高峰论坛上,有专家在回答主持人“高能量密度对热失控有没有更高的要求”这一提问时指出,其对很多电池做过安全性评估,最后发现的结论是电池的安全性和电池是什么材料做的没有关系,而是跟厂家有关系,有一些厂家做的三元材料电池会比另外一些厂家做的磷酸铁锂电池还要安全。

也有业内人士表示,无论三元材料电池还是磷酸铁锂,要做到热失控不扩散都有难度,三元材料电池面临的难度比磷酸铁锂电池大,但也不是做不到。上述人士进一步指出,动力电池安全与电池电芯的选择、结构设计、热管理方案和能力、防火措施等各方面密切相关,缺一不可。

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搭载LG三元锂电池的韩国TGM纯电动公交车

三、“暂停三元电池在客车上应用”事件回顾

(1)2016年1月,有关单位发布《关于对“暂缓在商用车上使用三元材料动力锂离子电池建议的函”征求企业意见的通知》。根据通知,建议工信部暂缓在电动商用车上使用三元材料动力锂离子电池。如果这一建议被采纳,可能将排除三元材料动力锂离子电池在电动商用车的应用。(详见:《重磅独家|或将暂缓在新能源商用车上使用三元材料动力电池三元电池厂要哭了》)

(2)2016年1月24日,工信部装备产业司司长张相木在中国电动汽车百人会上表示,国家鼓励多种技术路线共同发展。锂离子电池包括磷酸铁锂、三元锂、钛酸锂、镍酸锂等多种类型,三元锂电池比能量高,循环性能好,是未来锂电池一个重要的发展方向。由于我国三元材料研发起步晚,用于客车的安全性开发和验证还不够。目前国家正在考虑进一步提高新能源汽车产品安全技术门槛,组织开展对三元锂电池客车等车型在现行安全标准体系下的风险评估。在评估完成前,暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。

(3)2016年8月12日,在百人会夏季论坛暨电动汽车安全报告媒体交流会上,当问及三元电池暂停使用有无放开时间表时,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称,相关部门目前正在制定相关安全标准。(详见;《三元电池安全标准正制定》)

记者小结:新能源汽车的安全性能不是由电池材料单一因素决定的,还涉及到电芯技术、电池PACK技术、BMS技术以及应急措施等诸多因素。本次《电动客车安全技术条件》正式发布,明确了电动客车用动力电池需要达到的技术条件,理论上无论是磷酸铁锂还是三元锂电池,只要能达到条件即可用在电动客车上,因此存在“三元电池在电动客车上的应用将解禁”的可能性。当然,最终三元电池应用在电动客车上是否解禁,还要看国家相关部门的正式通知。我们拭目以待。

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