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锂电池组安全问题聚焦

更新时间:2013-10-31 06:39:03 点击: 编辑:锂辉电池

    对于锂电池来说,目前安全问题更为突出的还是在动力锂电池即锂电池组。一方面在于锂电池组发生安全事故的频率远高于单体锂电池,仅在2013年就发生了超过十起由锂电池组引起的电动汽车安全事故,包括起火、运行故障等,而由锂电池组引发的电动自行车的安全事故见报道的就超过了数百起。更重要的原因是锂电池组引发的安全事故的危害以及影响力大大超过单体锂电池。如波音客机上锂电池组起火不仅影响了波音公司信誉,还几乎导致锂电池退出飞机应用市场。而电动汽车市场发展不如预期,锂电池安全问题也是非常重要的因素之一。
 
    锂电池组的结构基本相似,都是借助电源管理系统将多个单体锂电池通过串并联的方式连接起来,实现稳定的电压和能量输出/输入。锂电池组的安全问题除了单体锂电池本身造成之外,还与锂电池组的容量以及大小有关。容量高的锂电池放热量高,体积大的锂电池组散热相对困难,热量更容易被累积,从而导致热失控。笔记本电脑的6芯锂电池重量约为400g,电动自行车所用锂电池组的重量约为4kg,电动汽车则要用到更大锂电池,如特斯拉公司Model S的原型车使用的锂电池组高达400kg以上,就更容易引发安全事故。
 
    如果不考虑单体锂电池安全因素,锂电池组的安全问题是可以避免的,只要保证每个锂电池的散热良好以及保护电路及时有效。但实际上这一点很难实现,主要在于锂电池组都是将多个单体锂电池置于一个狭小的空间内,难以保证每个锂电池都能散热良好。同时由于各个锂电池所处环境不同,其发热情况也有所差异。这大大增加了锂电池管理难度,给锂电池管理系统带来极大的不确定性。一旦电源管理系统无法正常工作,锂电池组发生安全事故的可能性就非常高。
 
    对于笔记本锂电池而言,由于其单体锂电池数量较少,各个锂电池环境变化相对较小,管理难度较低,尤其是随着单体锂电池安全性提高以及锂电池管理技术进步,现已基本没发生安全事故。但对于电动自行车和电动汽车锂电池而言,其单体锂电池数量几十个至几千个不等,各个锂电池环境变化相对较小,管理难度非常大,没有极为先进的锂电池管理系统,很难保证不发生安全事故。事实也证明了这一点,动力锂电池引发的安全事故比比皆是。我国电动自行车起火事件频发,包括通用、卡玛、日产、比亚迪等几乎所有品牌都发生过由锂电池组引发的安全事故,唯一例外的是特斯拉。特斯拉的锂电池组采用了6000多个单体锂电池,远远超过其他电动汽车厂商,但凭借其强大的锂电池管理系统,特斯拉至今未发生一起有锂电池组引发的安全事故。
 
    由此可见,锂电池组的安全问题是可以解决的,采用安全性更高的单体锂电池、合理安排锂电池结构以及强大的锂电池管理系统等手段可以最大程度降低安全事故发生概率。特斯拉恰恰证明了这一点,其表现值得每一个动力锂电池组生产企业和电动汽车厂商学习。
 
    锂电池安全警钟需长鸣
 
    锂电池安全问题格外突出。目前部分企业、社会舆论对此缺乏全面、清醒的认识:要么一叶障目,认为锂电池安全问题不可能完全根治,对行业整体的发展持过度悲观情绪;要么对出现的问题视而不见,在处理问题的过程中不予积极配合。重视正视安全,是解决锂电池安全问题的前提。
 
    由于锂电池引发的安全事故多数发生在运输、使用阶段,各方往往把安全事故原因多归结于外部因素,忽视了锂电池自身因素,造成了希望通过外部检验来发现和防范锂电池存在的安全因素。但这只能治标不能治本。因为锂电池的安全性是设计和制造出来的,不是检测出来的。检测只能防止不合格产品流入市场,从而避免其引发的安全事故,但对于检测的合格产品引发的安全事故无济于事。而当前发生安全事故的锂电池基本上都是合格产品。因此要想到达治本的目的,就需要从锂电池自身因素着手,在锂电池设计、选材、生产工艺以及成组技术等关键环节下功夫。
 
    首先,锂电池材料的选材非常重要,如其中存在杂质或制造精度控制差都将有可能引发安全事故,为此所有原材料都应该进行入厂检验,并控制其生产过程的一致性。
 
    其次,锂电池结构设计要充分考虑锂电池安全性要求,重点在电极容量平衡、电极设计、极耳设计、泄露装置、短路保护电路等方面。
 
    第三,单体锂电池生产环节的每道工序都存在影响锂电池安全以及同一批次锂电池一致性的风险因素,必须进行预防和控制。这也是影响锂电池安全最重要的环节,我国锂电池生产企业尤其是要提高生产环节的质量控制点。
 
    最后,成组技术需要考虑锂电池组整体设计以及封装过程对安全性的影响。整体设计安全性要突出考虑阻燃、绝缘、过热短路、内部配线等;封装过程则是要保证一致性和可靠性。
 
    安全问题不是不能解决,需要各方充分认识并予以高度关注,生产企业在生产过程中加强质量控制,监管部门要加强生产过程安全控制监管力度,检测环节要提高检测水平。只有这样,安全问题才能得到解决,锂电池才会迎来下一个快速发展期。

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