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一根钢针引发的辩(si)论(bi):电池安全究竟谁说了算?

汽车大事记

214 2020-05-29

夏天来了,新能源车也不自觉地"火"起来了。5月7日,杭州萧山,一辆名爵6新能源轿车过十字路口后,与中央隔离护栏发生碰撞后起火。事发时车内一乘客受伤,后被辅警救出,驾驶员已逃至车外。5月18日,广州杨桃公园停车场,一辆型号为广汽新能源Aion S的如祺出行网约车在停放期间自燃,所幸车内无人,但是旁边的奥迪A6连带遭了秧。广汽新能源总经理古惠南回应,起火或与后备箱内存放的消毒水有关,确切结果目前还在调研中。5月26日,深圳福田一辆依维柯牌新能源客车EV46追尾校车后着火,驾驶员当场身亡。其中事故的名爵6搭载的是宁德时代的三元锂电池;Aion S搭载则是的宁德时代8系电池NCM811;依维柯客车搭载的则是宁德时代的磷酸铁锂电池。自17年超越比亚迪之后,宁德时代就坐稳了国内电池市场的第一把交椅。但是树大难免招风,在占据全球27.87%市场份额的强大背景下,在接连不断的起火事件中自然也难免会频繁看到宁德时代的身影。

这边厢接连起火,吓得车主们心慌慌,那边厢宁德时代又陷入了与比亚迪的舌(si)战(bi)当中。这场舌战,起源于比亚迪的一根钢针和三个鸡蛋。

宁德时代和比亚迪,到底在吵什么?

3月29日,比亚迪一场"出鞘,安天下"刀片电池发布会抢尽了风头。

发布会上,王传福一如既往的自信:"'刀片电池'体现了比亚迪彻底终结新能源汽车安全痛点的决心,更有能力将引领全球动力电池技术路线重回正道,把'自燃'这个词从新能源汽车的字典里彻底抹掉。"为了佐证这一论断,发布会上展示了一段不同动力电池电芯的针刺测试对照视频。

实验中,对三元锂电池、磷酸铁锂块状电池以及刀片电池均进行钢针穿刺,同时电池表面打上一只鸡蛋。穿刺后,三元锂电池剧烈燃烧,表面温度上升至500℃,鸡蛋被炸飞;磷酸铁锂块状电池则冒烟但无明火,表面温度上升至200-400℃,鸡蛋被烤焦;刀片电池则无火无烟,表面温度上升至30-60℃,鸡蛋无明显变化。

对比十分鲜明,刀片电池以极其稳定的优势领先于三元锂电池和磷酸铁锂块状电池。比亚迪股份副总裁、弗迪电池董事长何龙在发布会上说 ,"电池的针刺测试,就像我们攀登珠穆朗玛峰这个难度。"简而言之,就是刀片电池最安全。发布会之后,吃瓜群众们都期待着崇尚三元锂电池势力的宁德时代予以回应,然而宁德时代董事长曾毓群却表现得十分不屑。5月11日下午,曾毓群在宁德时代2019年度业绩网上说明会时如此回应:目前据报道的刀片电池是我们2016年量产的CTP结构创新概念中的一种,我们已经选择并量产CTP结构创新里最优的几种,比如CTP-0、CTP-1、CTP-2。他的意思就是,比亚迪折腾三年造出来的独门秘技,不过是宁德时代早就玩剩下的。

比亚迪汽车销售公司副总李云飞就不爽了。发了一条微博说:"不服,那也来扎一下吧!"于是,宁德时代身正不怕影子斜,22日官方微博发布了一条电池包针刺测试视频。然而壳太硬,针断了。

外行人不懂的可能就要说,宁德时代牛逼,搞那么麻烦非要刺穿它干嘛,直接硬到刺不破不就完事了吗?但对于动力电池稍有了解的网友都知道。宁德时代这哪是在测试,分明是在耍猴。

不过,第二天,宁德时代又发了另外一条测试视频,证明宁德时代早已掌握了三元锂电池通过针刺测试的技术。如此看来,前一天的那条断针操作,其实就是在内涵比亚迪。

不过李云飞又说:针断了也好,真刺了也罢,但电池没短路,其实针刺实验就已然失败了(短路是目的,针刺只是最直接的方法而已)。

为什么非要扎一针呢?其实也不是非要这样。

"针刺穿透测试"是行业内公认的对电池电芯安全性最为严苛的检测手段。在1999年,美国先进电池联盟(USABC)学术报告和美国机动车标准(2464)标准中就有提到针刺试验,同时,都将针刺试验作为滥用试验列入,并不要求任何试验结果。也就是说,针刺测试不是一项强制的操作。不过,针刺不破肯定就不是牛逼的依据,针刺并不只是为了模拟撞击引发的电池短路。即使没有冲击,电池短路也是概率问题。因为电池充电时,内部发生的化学反应是锂离子还原成锂金属,在还原过程中,一定会生成锂枝晶,而锂枝晶的形状有很多种,最危险的是枝杈状。

如果生成了枝杈状,恰巧它又刺破分隔正负极的隔膜,造成正负极直接接触发生短路,那就会变成实验室针刺电芯的一幕。而形成锂枝晶的化学反应以人类目前的技术无法避免,但形成枝杈状并刺破隔膜的几率很低。所以才说针刺测试是最严苛的检测手段,因为它直接模拟了最低概率最严重的失控情景。但针对李云飞说宁德时代的针刺实验没有短路的说法,宁德时代方面另外一名技术人员就坐不住了。

这位疑似宁德时代工程师的不具名网友指名道姓地@了李云飞,"估计您是不知道判断内短路看电压降。宁德降了0.48V和0.08V不算短路,那BYD3月底刀片电池针刺后压降0.021V这就算短路了?"同时,这位技术大哥还说到:针刺测试的核心目的不是一定要让电池内短路,而是模拟电池在受到金属异物刺入的滥用条件下发生热失控的程度和几率,从而对电池在实际应用过程中可能出现的此类安全风险进行预判。但另一边厢,另一位简介为"汽车博主"的不具名网友@小鱼锂电,按照国标的动力电池针刺测试标准,在5月21日和5月24日分别进行了宁德时代811三元电池穿刺测试和宁德时代5系三元电池穿刺测试,无一例外都起火爆燃,与官方的测试结果差距甚远。

但这位宁德时代的技术人员却嗤之以鼻:"为什么有些'粉丝' 只相信所谓民间人士却不相信TUV这种国际专业检测机构呢?"@David工科男的评论里也有人指出,@小鱼锂电是明显的拉偏架。就这样,一来二去的,比亚迪与宁德时代的隔空互怼大战拉扯了好几个来回。观众们瓜是吃了一斤又一斤,瓜子壳是铺了一地,但是对于比亚迪与宁德时代孰是孰非,谁才是真正的技术先驱,没人说得准……

自燃之原罪,针刺之审判

对于动力电池而言,比亚迪所执着的针刺测试真的必要吗?对于动力电池针刺试验,中国科学院院士、中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高曾表示,它(针刺试验)是非常有效也非常严酷的一种热失控测试方法。但盖世汽车研究院资深分析师指出:"随着动力电池设计、成组等方面的发展,电池被钉子等外部尖锐异物刺穿的可能性几乎为零。"因此,宁德时代内部人士也指出,"现实状况下,电芯被针刺的情况不会发生,电池包底部'钝刺'和挤压才是更符合真实场景的测试方式,目前各车企和电池企业都已将底部球击测试纳入实验要求。"

▲底部球击测试示意图

在5月12日工信部发布的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中,也将电池单体针刺测试删除了,转而与加热触发热失控一起作为触发热失控的两种推荐测试方法,供制造商选择。

同时,增加了电池系统热扩散试验,要求电池包或系统在由于单个电池热失控引起热扩散、进而导致乘员舱发生危险之前5分钟,应提供一个热时间报警信号。(这条标准被认为是针对三元锂电池的,因为从已有的自燃现象来看,多款搭载了三元锂电池的电动车从自燃到着火就在几十秒内。)

也就是说,针刺试验不再是唯一选项,也并不是发热燃烧就不合格。

作为这一国标的起草单位之一,宁德时代在5月25日发了一篇长文《关于动力电池标准的一些认识》,针对为什么他们掌握了通过针刺的技术,却没有选择量产给出了详细解释。

其中提到:"从观念上说,国外整车厂对于整车安全的共识已由单体安全转向系统安全。电池的安全贯穿在电池的整个使用过程中,是一项系统工程,包括电池的单体设计、系统集成、动态监控和系统防护等。因此,我们把重点放在了电池的整体安全上,确保产品在生命周期的每一个阶段都是安全的,从实际意义上真正提高电池的安全性能。其次,从技术上说,电池包层面有更优化的安全解决方案,单体电池针刺测试的实际需求已不复存在。"

宁德时代还进一步指出,"针刺是否通过已不重要,关键要看单体热失控后,系统是否可以控制热失控的蔓延,为各类电池的安全应用设定了基本门槛。"

有一说一,无论是磷酸铁锂电池还是三元锂电池,市场对于产品的选择都不是安全至上或性能至上的唯一标准,而是在续航性能与安全之间的博弈。

从刀片电池目前公开的消息来看,比亚迪是在设计、工程上实现了进步。他们通过结构创新,在成组时可以跳过Batteries(电池组),直接直接从 Cell(电池单体) 到 Pack(电池包),大幅提高了体积利用率,最终达成在同样的空间内装入更多电芯的设计目标。由此也带来了更高的产品稳定性和更低的故障率。

而针对三元锂电池的安全问题而言,目前的系统解决方案,也就是宁德时代所言的单体设计、系统集成、动态监控和系统防护等等。具体的国家标准层面,就如前文所说:在由于失控导致乘员舱发生危险之前5分钟,应提供一个热时间报警信号,为乘员预留安全逃生的时间。

但是王传福认为市场对于性能的追求是不切实际的:"正是对电池能量密度不切实际的追求,彻底带偏了动力电池行业的发展路线,并且让新能源乘用车的安全口碑付出了极其惨重的代价。"

尽管标准在变,尽管三元锂电池和磷酸铁锂有各自的市场需求,但针刺实验对于动力电池安全检验的意义和重要性不可被忽略。欧阳明高认为," 不管法规怎么变,它都是我们进行电池产品开发、电池性能检验的一个非常重要的手段。"

向来"一意孤行"的王传福仍旧坚持,"比亚迪不管别的国家或者别的地区有不同的一些标准,但作为比亚迪内部评估来说的话,我们还是坚持用电动车电池里面最苛刻的标准来衡量我们的电池。"

未来属于三元锂还是?

在"出鞘•安天下"发布会上,何龙表示:"几乎你能想到的所有汽车品牌,都在和我们探讨基于刀片电池技术的合作方案,相信大家很快就能看到、听到刀片电池更多精彩的消息。"

在刀片出鞘之后,天下真的能安了吗?一针扎下去,刀片电池的"利刃",真能切断宁德统治的时代吗?从眼前的舌战争斗中还没有个结果,作为官方,何龙当然要表现得充满希望,但是不是真行,到底还是要让市场来评判。

在4月下旬财政部发布的《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》再次提到:保持动力电池系统能量密度等技术指标不作调整,适度提高新能源汽车整车能耗、纯电动乘用车纯电续驶里程门槛:续航里程和能量密度高要求的调整为:纯电动乘用车续驶里程由2015年平均约160公里增长到2019年平均约350公里,平均电耗由2015年约17千瓦时/百公里降低到2019年约14千瓦时/百公里,动力电池系统能量密度由2015年平均约95瓦时/公斤提高到2019年平均约150瓦时/公斤。显然,受补贴左右的动力电池市场的性能优先取向难以改变,刀片电池的势力扩张还要靠比亚迪"个人努力"。如今首款搭载刀片电池的「汉」,系统能量密度已经提升到了140wh/kg,进而让续航突破了600KM,值得双击666。

但宁德势力同样在增长——搭载了811电芯100 kwh电池组的蔚来新ES8,其系统能量密度是170wh/kg,续航达到了580km;而更轻的广汽新能源Aion LX80D,系统能量密度更是达到180wh/kg,续航突破了650km。

在续航性能的争斗上,刀片电池并未得以逆转。而在安全性方面,尽管王传福认为市场对能量密度的追求是不切实际的,但眼下宁德时代势力下电池故障的概率显然还在用户的接受范围之内,而王传福引以为傲的"抹去自燃二字"的安全性能否吸引更多整车厂以及市场的信任,还要看接下来宁德时代的表现。此外,正如曾毓群所说,与刀片电池一样的CTP模组结构宁德时代早就已投入量产了。国产Model 3搭载的就是采用了宁德时代出品的CTP磷酸铁锂电池。如此看来,刀片出鞘之后,即使是CTP与CTP的较量,比亚迪电池的优势并不特别明显。王传福放手后的比亚迪看来还得多多折腾。

声明:本文由车市号作者撰写,仅代表个人观点,不代表网上车市。文中部分图片来源网络,感谢原作者。

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