如何保證電池系統安全

電動汽車事故非常引人關注，從近年來國外電動汽車自燃起火的原因看，主要是碰撞后起火。其實燃油車碰撞之后也會起火。再看國內統計的起火的情況。國內起火主要有以下幾個特征：第一，三元電池為主，超過一半，磷酸鐵鋰也有一部分。第二，圓柱形電池為主，因為它是鋼殼，卷的比較緊，所以一旦發生熱失控，會爆炸，之后會引燃其他電池。第三，充電失火的事故占比較大。一般來說電池如果放電到一定深度之后不會熱失控，熱失控一般都是在滿電狀態，所以在充電的時候容易引起起火，因為充電的時候，電池與充電系統連在一起，又是熱失控最容易發生的時候，同時還有高壓電器的短路等等，都容易引起事故。再從車型的角度講，新舊車型都有，電池系統的比能量并不是很高，因為現在發生事故的主要是前幾年出廠的車。

分析結果顯示，電池熱失控應該說是起火事故的主因，什么叫電池的熱失控呢？電池溫度到達一定時候電池就會有連鎖的放熱反應，所以溫度快速上升，最高的速度可以達到每秒鐘溫升接近1千度。

因此，保障電池系統安全性的核心是研發先進的電池管理系統。目前，在電池管理系統方面，國內的產品功能不足、精度不夠，尤其是安全功能不全，因此需要加大電池管理系統的研發力度。清華在電池管理系統的積淀比較豐富，已經獲得65項專利授權，這些專利在國內外著名公司合作中得到了應用。

那么，我們如何徹底解決電池安全性問題？近期可以通過一些技術手段來保障安全性，但是長遠看，要保障電池的絕對安全就需要前瞻性的科學研究。鋰離子動力電池高比能量是全世界范圍的發展方向和趨勢，我們不能因為有安全問題就不發展高比能量電池，關鍵是把握高比能量與安全性之間的平衡點。比如高鎳三元鋰離子動力電池的本征安全問題，其機理是正極會釋放氧，我們可以通過界面的修飾來延緩正極釋氧，提高穩定性;再一個就是開發下一代的固態電解質，從根本上解決電解液燃燒的問題。

基于各國動力電池技術路線的比較，短期是發展液態電解液的鋰離子電池，下一步將會向固態電池方向發展。綜合考慮電池成本和動力電池的發展方向，建議我國也應該走類似的路徑，即短期是液態電解質，發展高鎳三元正極和碳負極，通過電池管理系統和熱蔓延的抑制來防止安全事故發生，這類電池能夠滿足電動汽車500公里續駛里程的要求。中長期，從液態電解質逐步過渡到全固態電池，估計在2030年全固態電池將會得到產業化應用。

為解決動力電池本征安全問題，保障新能源汽車行業的健康發展，在此，提出相關政策方面的建議如下：

第一，原有的產業化目標（2020年單體比能量達到350瓦時/公斤，系統比能量260瓦時/公斤，循環壽命2000次）是偏高的，從安全角度考慮，我認為不宜強行推行。

第二，補貼政策要符合技術發展的規律，對能量密度的提升不宜過快、不宜更改過頻，這是我對財政部的建議。

第三，盡快推出電動汽車安全年檢規范。同時，為了更好處理和分析電動汽車事故，最好有電動汽車黑匣子，同時電池包要留有消防安全的接口，目前的電池包封的很死，導致消防滅火的時候困難重重，這些是對公安部的建議。

最后，我覺得電池安全是電池技術革命性突破的第一重點，也是純電動汽車性能提升的第一關鍵，電池產業發展越到后期電池安全就越變成一個瓶頸技術，比如快充技術，十分鐘充300公里以上的電，會對電池安全帶來挑戰，電壓從300V提高到600V甚至800V，這些都與安全相關，也是今后純電動汽車競爭的主戰場。可以說安全是電動汽車可持續發展的生命線，動力電池國家科技研發，要以安全為核心，全面提升現有鋰離子動力電池系統安全技術，全力突破新型固態電池技術。

（本文根據中國科學院院士、中國電動汽車百人會執行副理事長歐陽明高在全球新能源汽車創新大會演講整理，未經本人審閱，文字有刪節。）