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动力电池强标“5分钟”解读

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一石激起千层浪。

5月12日,工信部制定的三项强标由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布,将于2021年1月1日起开始实施。

三项强标分别为GB 18384-2020《安全要求》、GB 38032-2020《电动客车安全要求》和GB 38031-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》。

这三项强标中,《电动汽车用动力蓄电池安全要求》是国内电动汽车用动力电池领域的第一项强制性标准,其在优化电池单体、模组安全要求的同时,重点强化了电池系统热安全、机械安全、电气安全以及功能安全要求。

高工锂电注意到,标准中一项新增试验引发外界关注,这项强标中增加了电池系统热扩散试验,要求电池单体发生热失控后,电池系统在5分钟内不起火不爆炸,为乘员预留安全逃生时间。

对此,有自媒体直接发出 “该标准或将宣判了三元动力电池的死刑”的论调,并给出依据:从公开案例的视频看,配套三元锂电池的电动汽车,从热失控到起火、爆炸,根本撑不了5分钟,特斯拉,甚至只有 5秒。

  

一时间,这种论调引发了绝大多数业内人士的否定,认为解读明显不负责任,依据案例也明显混淆标准的界定。

对此,高工锂电调研了包括该标准的参与制定者、主流车企和电池企业相关负责人,得出的结论是:

从热失控“警报信号”发出开始计算,现有主流的三元电池都能远超5分钟的标准。以目前的电芯、模组、BMS、PACK等多层级的防护,从热失控到发出预警,再到最终起火,预留的时间完全充足。

参与该标准制定的中国汽车动力电池产业创新联盟副秘书长王子冬向高工锂电介绍,标准设置的初衷是构筑安全底线,对于消费者生命安全考虑,本来制定的时候是要30分钟的,后来做了调整,5分钟已经是最为基础的底线要求了。不管是什么体系的电池,从安全的角度出发,这个标准必须要达到。

对于5分钟时间的界定,标准里给出了具体的试验项目阐释:电池单体发生热失控后,电池系统5分钟内应不起火不爆炸且不得导致乘员舱发生危险。同时,应提供一个热时间警报信号,为乘员预留安全逃生时间。

  

目前三元电池能否达到5分钟的标准,王子冬称,从单体热失控算起的到最后起火,5分钟时间应该难度不大,至于自媒体提及视频案例,那是从冒烟到最终起火的时间,并不是从热失控开始到起火的时间,因此存在严重误导。

中汽中心检测认证事业部副总工程师王芳则在朋友圈直接回复称:“(上述自媒体)认识太肤浅了。”

高工锂电随后又向上汽、广汽、长安新能源、小鹏汽车、宁德时代等多家车企和电池企业做了了解。

小鹏汽车相关人士介绍,从其测试的的5系三元和高镍三元电池系统来看,5分钟的标准可以达到。

长安相关负责人表示,其开发的非811三元电池系统是可以做到,811体系的目前还未做测试,因此还没有数据。

宁德时代一位内部人士介绍,其三元体系(包括高镍系)电池系统都绝对都能达到5分钟标准,而且远超这个水平。

资深从业者朱玉龙撰文指出,5分钟是一个最低的要求,从单电芯热失控开始,到整包的起火,长远来看需要更长的时间间隔。终极的目标是电芯可以失控,车不能烧起来。

无论是车企还是电池企业,都已经非常清楚的是,动力锂电池安全防范最重要是三点:一是如何设计电池包,这包括在电芯、模组、BMS、Pack多个层级;二是如何控制电池本身的散热;三是如何设计失效管理系统以应对突发状况。

针对这项强标的测试,就需要重点关注后两点,朱玉龙就认为,该试验提出了两个核心诉求:

一是,在达到电芯热失控的标准以后,电池系统内采用感知系统进行判别,然后发送到乘员能感知的报警信号,这个标志作为一个时间起点。

二是,在这个起点之后的5分钟,电池系统不能威胁到乘员(这个实际上是拿包做实验,但是是以整车为度量的),最终的意义是看车是否起火的。

要达到这个两个诉求,目前通用的做法是,通过热事件参数的组合:温度、温升速率、SOC、电压下降、电流、气体浓度、气体压力等的任意组合,在整个过程中热事件参数的阈值水平是和之前有明显差异的。

中汽中心给出的解读是,这取决于制造商采用的技术方案、阈值设定,同时也与硬件系统及控制相关,包括所用的传感器以及在发生热事件时电池系统内的信号传输和控制系统等。

通过该手段,需要实现的是,尽可能在触发状态以后,迅速有效的进行识别这个单电芯热失控信号。

接下来,在识别以后,需要通过以主动和被动的方式进行热失控处理对策。

中汽中心的解读是,在单个电池热失控引起热扩散的情况下,电池单体、电池包或系统或车辆中应具有保护乘员的功能或特性。

主动策略主要方式是,在单个电芯出现热失控以后,把单个热失控电芯释放的热量尽早尽快的通过热管理系统排出去,尽可能让电芯之后的传播在一个范内。无论是日产Leaf还是奥迪E-tron都有相关策略及案例。

被动策略则是通过隔热和延缓,争取在5分钟之内把热失控控制在一定范围内。这包括PACK内的材料隔热阻燃耐高温,延缓热失控;或者增加主控消防装置,不强求能灭火,但能起到阻止燃烧和延缓的功能。

朱玉龙提出,这其中,比较核心的问题在于,不同化学体系、电芯尺寸、电芯类型、容量和热失控触发方式,整个热失控的过程是有很大的差异的。

显而易见的是,高镍体系的控制难度更大,不同尺寸的控制策略方式也会不一样。

“一个NCA 5Ah的21700和一个177Ah的NCM811电芯,整个热失控的过程不一样,而附近可能被触发的电芯的行为也不一样。”

朱玉龙特别提出,方壳电芯在热失控过程中的泄放压力的速度,存在个体差异性。在一定的实验条件下(较高温度、较高SOC)下,压力释放超过了Venting的设计,形成一个能破坏局部密封的小型燃爆区,巨大的高温气体形成一个切割区域能把局部炸开,这个30秒撑不过去,整个事情就不可控了。

宏观层面来看,此次的强标设定,可以解读为,安全管理机构对于未来高能量密度潜在的热失控中秒爆的问题的控制态度。

对于高镍体系电池是否都能达到这个标准,高工锂电并不乐观。

政策出来说明领头羊已远远走在前面,而政策永远是给落后者准备的利刃。这个对于二三梯队企业的高镍电池推进,可能难度会加大。

从长远来看,包括朱玉龙在内的多位业内人士的看法是,强标的推出,对未来的发展方向是起到一个很好的作用。政策标准要求会越来越严苛。但严不是阻碍行业的发展,而是提高消费者的信心,长期来看利于产业优胜劣汰,从而更健康发展。

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