鉅大LARGE | 點擊量：1328次 | 2019年04月23日
如何在高能量密度和提高安全性間取得平衡
新能源汽車起火事件頻繁進入大眾視野，行業由“里程焦慮”轉入“安全焦慮”。多位業內人士告訴記者，新能源汽車安全事故主要由動力電池熱失控所引起。熱失控原因錯綜復雜，事故源頭難以明確，安全性問題應得到高度重視。
業界不斷反思電動汽車的安全問題，盲目追求高能量密度成為焦點。多位專業人士指出，理論上電池能量密度與安全性成反比。企業追求高能量密度，安全問題隨之暴露。雖然未能明確已發生的起火事件與追求能量密度存在多大相關性，但隨著高鎳三元電池進入市場，新能源汽車面臨更高的安全技術要求。
如何在高能量密度和提高安全性間取得平衡，成為當前業內亟待解決的一大難題。各家企業則從單體電芯、模組設計和電池包的結構設計多個層級提高整體安全性。
安全焦慮
“2018年新能源汽車發生數起召回事件，逐漸走出里程焦慮的新能源汽車似乎陷入安全焦慮困局?！边@是一位新能源汽車裝備行業上市公司高管發出的感慨。起火事件頻繁進入大眾視野，新能源汽車安全問題被提及的頻率越來越高。
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2018年10月底，國家市場監督管理總局相關負責人稱，據掌握的輿情信息，2018年已發生新能源汽車起火事件40余起。鑒于車輛火災事故可能與電器線路、燃料電池等因素相關，且部分證據在燃燒過程中消失或發生變化，缺陷調查非常困難。截至2018年10月底，該局已組織缺陷產品管理中心啟動新能源汽車缺陷調查10起，會同相關部門開展火災事故現場調查5次，督促相關生產企業實施召回5次。其中，召回涉及5家企業24個車型的3.56萬缺陷車輛，缺陷原因多為電控和機械故障。
“正常行駛情況下，電動車極少會發生安全事故，電動車起火一般發生碰撞、靜止、水浸等特殊場景。”深圳某大型電池廠商研發工程師告訴中國證券報記者。
該人士指出，單從材料體系來看，新能源汽車起火風險要比傳統燃油車高?！颁囀菈A金屬里的活潑金屬，電動汽車裝載的鋰離子電池本身就是一個能量體，發生嚴重碰撞會有起火危險。而燃油車基本不存在自燃或爆炸風險，即便撞到油箱，油漏出來后，只要沒有明火點燃，基本不會發生爆炸?！?/p>
“電動車誕生之初，行業對其裝載的鋰電池活潑性就有預知，所以一直高度重視汽車安全性問題。2018年以來，多起新能源汽車起火事件加大了消費者擔憂，社會關注度一下起來了?！彼嬖V記者。
原國家863電動車重大專項動力電池測試中心主任王子冬強調，新能源汽車起火原因未明，安全性問題更應該得到重視?！暗降啄膫€環節出了問題目前還沒有調查清楚，是生產過程中的質量控制?還是后期使用中出現的問題?什么樣的場景下會出現問題，現在都說不清楚。”
安全性的擔憂隨著新能源汽車保有量不斷攀升而加大。據中汽協統計，2018全年新能源汽車銷售125.6萬輛，同比增長61.7%。據平安證券披露的研報，2018年全國新能源汽車保有量達261萬輛，占汽車總量的1.09%。從統計情況看，近五年新能源汽車保有量年均增加50萬輛。
“隨著新能源汽車保有量越來越多，安全事故數量也在攀升。現在發生安全事故的新能源汽車主要是2016年、2017年生產的。隨著汽車技術不斷提升，起火概率逐步降低，但目前的安全事故比例仍偏高，應該引起行業重視?！睒I內人士告訴中國證券報記者。
探究原因
業內人士認為，新能源汽車安全事故主要由動力電池熱失控造成。上述深圳某大型電池廠商研發工程師指出，熱失控是指電池內部短路導致正負極接觸，內部溫度不斷升高引發電池芯體起火，進而蔓延到周圍電芯。
“熱失控僅僅是結果。電池熱失控原因錯綜復雜，這也是業內認為事故源頭難以明確的主要原因?！蹦橙绦履茉雌嚪治鰩熤赋?。
嚴重碰撞和電池過充被認為是引發電池熱失控的兩大原因。“這兩類場景都容易導致熱失控。嚴重碰撞會令電芯變形，導致內短路并引發熱失控。另外一種情況是電池過充。正常情況下如果電池過充，BMS(電池管理系統)有斷電保護功能。當BMS管理失效的時候，電量驅使鋰離子不斷聚集最終造成熱失控?！币晃徊辉妇呙臉I內人士指出。
業界在不斷反思汽車安全性問題，盲目追求高能量密度成為討論焦點。
電池的能量密度指的是電池平均單位體積或質量所釋放出的電能。真鋰研究首席分析師墨柯指出，按照鎳鈷錳的比例，三元可以分為523、622、811多個體系。目前市場主流電池體系為523，高鎳三元材料(622、811)由于具備高能量密度優勢成為行業研發重點。
“從三元材料體系本身來說，鎳的含量越高，安全性越來越差?！鄙鲜錾钲谀炒笮碗姵貜S商研發工程師指出，“能量密度跟安全性相當于杠桿的兩端，一端高，另一端就低，很難平衡。隨著電池能量密度越來越高，單位體積或質量聚集的能量越大，安全性越來越差，暴露的問題就越多?！?/p>
業內人士認為，從市場情況出發，行業確實存在提高能量密度、增加續航能力的內在需求。
續航能力一直被認為是評價新能源汽車性能的關鍵指標。為了提高續航里程，新能源汽車補貼政策直接與電池能量密度掛鉤。根據2018年6月實施的補貼政策，電池系統能量密度補貼門檻由2017年的90Wh/kg提升至105Wh/kg，105(含)-120Wh/kg的車型按0.6倍補貼，120(含)-140Wh/kg的車型按1倍補貼，140(含)-160Wh/kg的車型按1.1倍補貼，160Wh/kg及以上的車型按1.2倍補貼。
“為拿到補貼，很多廠商盲目追求高能量密度，犧牲了部分安全性。前幾年我們就很擔憂事故風險。”上述業內人士指出。舉個例子，乘用車尺寸相對比較小，想要增加里程，只能放更多的電池或排列得更擠。很多電池廠就將安全冷卻方式從液冷改為風冷。液冷的冷卻效果更佳，但管道、系統占空間，導致電池包能量密度下降。相比之下，風冷系統占據空間小但效果一般，一定程度上增加了安全風險。
該人士同時強調，由于電池開發周期和補貼退坡周期不匹配，盲目追求補貼導致電池驗證不足，進而引發安全問題?！把a貼退坡的政策周期通常為一年重新發布，一款新的新能源車開發周期包括設計、驗證、測試、量產、調試等，單從設計到量產就至少需要一年時間。如果按正常節奏開發，可能上不了最新的補貼目錄。這就倒逼行業縮短設計、驗證流程，可能留下安全隱患。”
但上述深圳某大型電池廠商研發工程師告訴記者，頭部廠商技術能力較強，用一代電池產品的同時，能夠儲備一代、開發一代，驗證上比較充分。同時，多位業內人士表示，不能完全把電池安全問題歸咎于過度追求能量密度。
墨柯指出，雖然電池安全性問題與過度追求能量密度有比較強的關聯性，但電動汽車安全問題不一定由電池引起，也有可能是電機、電控、整車設計等方面出了問題。即便是電池問題，也不一定就是能量密度高所致，電池一致性不夠也可能是原因。
上述業內人士指出，在補貼退坡的情況下，動力電池拼命降成本可能也是一個因素。比如，有些企業為了降低成本，采用無陶瓷涂覆或者涂覆工藝較差的隔膜。再加上目前隔膜普遍更薄，這樣電池就存在穿刺的風險，可能造成內短路。
王子冬強調，對高能量密度的追求在一定程度上加大了新能源汽車的安全性問題，但目前還沒有確鑿的數據證明高能量密度和新能源汽車起火存在強相關性。“2018年新能源汽車的能量密度提高得很快，會不會出問題要看2019年的事故具體情況?！?/p>
“問題的核心在于行業缺乏充分的技術儲備，進行大規模生產和制造的時機仍未成熟，就批量商業化推廣風險較大。其中還有很多安全性問題沒有搞清楚，導致后續很多安全事故出現?！彼麖娬{。
尋找對策
“電池起火事件和追求能量密度有多大相關性還很難講清楚。但從理論上講，能量密度越高，安全性越差，高能量密度電池面臨的安全技術要求肯定更高。”上述業內人士指出。
2018年12月18日，國家發展和改革委員會發布《汽車產業投資管理規定》，在動力電池投資方面取消了“能量型車用動力電池單體比能量應不低于300Wh/kg，系統比能量應不低于220Wh/kg”的要求。
“取消這個指標，一方面不希望太過于追求能量密度，從而忽視電池其他性能。另一方面，從材料體系本身來說，很難發展那么快達到原定的能量密度指標?！鄙鲜錾钲谀炒笮碗姵貜S商研發工程師指出。
東方證券分析師在研報中指出，能量密度強制性要求取消旨在將電池技術升級的驅動力由政策主導向市場按需推進轉變。動力電池在補貼政策的刺激下，經歷了NCM111→NCM523→NCM622→NCM811技術升級路線，過快的技術升級帶來一定的安全隱患。因此，動力電池技術升級節奏將放緩，控成本將成為首要任務。但技術升級大趨勢仍不變。
墨柯認為，補貼完全退出后，對能量密度的追求會適當降溫。但從更長遠來看，電動汽車發展面臨的最大問題仍是里程問題，解決這個問題的最好辦法就是提高電池能量密度，而不是多裝電池，追求高能量密度仍是大勢所趨。
“補貼退出后，電池廠或車企在能量密度選擇上會由市場主導，根據消費者的需要推出相應車型，切切實實考慮到消費者的需求?！鄙鲜錾钲谀炒笮碗姵貜S商研發工程師指出。
天風證券分析師楊藻認為，新能源乘用車追求高能量密度長期趨勢不會改變。一方面是市場驅動，消費者希望車輛有更高的續航能力;另一方面，乘用車裝載電池空間有限，如果電池能量密度較低，裝載電池過多會導致后備箱空間縮減或者后排座椅突出。
隨著高鎳三元材料成為研發重點，如何在高能量密度和提高安全性間取得平衡，成為當前業內亟待解決的一大難題。各家企業則基于自身所處的產業鏈環節紛紛提出解決方案。
上述深圳某大型電池廠商研發工程師指出：“提高安全性主要是從三個層級來做，包括單體電芯、模組設計和電池包的結構設計來提高整體安全性。單體電芯方面，可以通過在電解液中加入添加劑降低其易燃性，提高隔膜耐溫性，或者提高正極材料穩定性等方式來改進;模組設計方面，通過加強溫控設計、BMS充電管理或者改變單體連接方式提高安全性;車輛層面，可以通過電池的位置擺放以更好地散熱。安全問題非常重要，各個層級都有方案在做?！?/p>
浙江凌志新材料有限公司研究院院長張春暉指出，電芯企業在平衡能量密度和安全方面做了許多努力。另一條提高安全性的途徑在PACK系統層面，通過新材料應用提高安全性能，可能比單純提高電芯安全性更有效率。
動力電池安全性引發了相關部門的重視。2019年1月10日，中汽協、中國汽車動力電池產業創新聯盟、中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟聯合組織行業編制的《電動汽車安全指南》正式發布。指南系統研究梳理從設計、供應鏈管理、生產、售后、運維控制等過程的安全性風險，形成安全管理保障體系。
中國汽車工業協會常務副會長董揚指出，電動汽車的發展勢不可擋，但對于安全，全世界都沒有研究透徹，在國內標準還沒有正式實施之前，短期政府制定規則并不現實。因此，協會牽頭聯合行業制定一個安全指南，以參考性和指導性為原則給行業指導。業內人士認為，指南的推出將對提高新能源汽車安全性、促進新能源汽車健康發展起到重要作用。
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