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鋰電著火、氫氣爆炸,新能源汽車到底安不安全?

2018-12-20 09:57  來源:氫云鏈  瀏覽:  

12月15日萬鋼在《人民日報》撰文再次表明發展新能源汽車是國家戰略!我國新能源汽車全面替代燃油車已是定局!以電動車為例,2018年,在國內車市整體下滑的情況下,電動車銷量逆勢上升,未來交通電氣化帶來的新能源汽車市場空間巨大。
 

圖1 國內新能源汽車銷量

 
 

然而,隨著電動車銷量火爆,電動車起火事故也越來越多。據不完全統計,截止到今年10月份,國內就有40多起電動汽車起火事故,考慮到國內電動車保有量在200萬輛左右,這40起事故已經足夠引起消費者對電動車安全性的恐慌。新能源汽車到底安不安全?上述鋰電著火原因究竟是電動車技術不夠安全,還是電池企業生產不過關導致?

圖2 電動車起火事故盤點

 
 

受鋰電著火負面影響,消費者對氫燃料電池汽車也充滿恐懼,如網絡上流傳的天然氣汽車爆炸視頻、辛登堡飛艇氫氣爆炸的慘烈畫面等,讓消費者心驚膽戰,常常是談氫色變!雖然豐田、巴拉德已經對氫燃料電池汽車的安全技術做過十分詳細報道,國外也有多年整車安全運營經驗,但這些還不足以完全消除普通費者內心疑慮!氫燃料電池汽車中高達35MPa甚至70MPa的儲氫罐壓力會不會爆炸?尤其在極端碰撞(見圖3),如高速公路兩車相撞、大卡車追尾的極端情況下,氫燃料電池汽車是不是比燃油車更不安全?這些問題是網絡、論壇和業內工程師之間討論最多的話題。

圖3 碰撞車禍

 
 

雖然中國新能源汽車是世界電動車發展潮流領跑者,但相比國外汽車強國的百年積淀,我們還在路上,或者說萬里長征只走了第一步。中國電動車正在面臨市場化考驗,中國氫燃料電池車也正在接受產業化檢驗。氫云鏈問卷調查結果顯示,相比續航里程不足,新能源汽車用戶真正的焦慮點是安全隱患!如何讓消費者接受或者理解新能源汽車跟燃油車一樣安全,是實現電動車市場化、氫燃料電池車產業化的基本前提。為此,本文專門討論上述鋰電著火、氫氣爆炸這兩個新能源汽車安全問題,給普通消費者分析下新能源汽車到底安不安全。

我們先看一下鋰電自燃危險來源。

 

鋰電池汽車著火通常發生在以下四種情況:

 

1)充電過程中燃燒;2)電池行駛或放置過程中發生的燃燒;3)汽車事故引發的燃燒;4)涉水引發的燃燒。這四種場景中,充電過程中的燃燒是最為常見的。

 

鋰電池汽車著火原因可以概括為以下三類:

 

(1)機械電氣問題,如碰撞、穿刺、浸水、引燃等。碰撞會導致鋰電池內部結構損壞或外殼破損,嚴重情況下會導致鋰電池的電極暴露在空氣中;穿刺會導致隔膜破損,導致內部短路;浸水后若水進入電池,會與鋰發生劇烈的化學反應。

 

(2)電化學和產品質量問題,比如過充過放、過熱、內部短路。過充過放容易造成膨脹鼓包、電極析鋰刺破隔膜等;過熱可能由于熱管理失效引起,短時間內電池釋放大量熱量導致熱失控;內部短路則是由于內部結構破損引起。

 

(3)廠商和消費者的問題,如廠商為了減少成本,降低生產安全要求,偷工減料,防護措施不到位,或是為了追求補貼,縮短電池產品測試驗證時間,技術驗證周期偏短導致了技術驗證不足、工程解決方案不成熟。而消費者私自改裝,使用和保養不當,也會增加電池著火風險。

 

 

 

如何解決目前鋰電池汽車的著火問題?

 

(1)高安全性的固態電池技術:固態電池最大優點是電解質為固體,沒有漏液、揮發、膨脹的風險,其高機械強度能夠阻止鋰枝晶穿透造成內部短路,并且可以將負極的鋰與空氣隔絕,可以大幅提高安全性能,從而解決鋰電自燃問題。

 

(2)提高BMS,熱管理系統水平:通過持續性提高BMS水平可以解決電池過充過放問題,改進熱管理系統可以解決電池過熱問題,從而解決鋰電自燃問題。例如增加電池的監控傳感器,空冷系統改為水冷等。

 

(3)加強產品監管和追責力度:加強電池產品、汽車產品出廠安全檢測,提高事故追責力度可以大幅降低廠商生產方面的問題。盡可能杜絕鋰電自燃問題。

 

綜上,未來固態電池技術能否解決當前電池著火的問題,要取決于技術水平、廠家品控、監管力度等各方面因素。

 

氫燃料電池方面,人們質疑35/70MPa的儲氣罐爆炸是因為相關知識匱乏,對氫燃料當前的技術水平、產業標準、性能指標沒有明確的認識。下面大體介紹下氫燃料電池在安全方面的現狀:

 

(1)產業標準:在車載儲氫系統領域內,早已存在各種標準,包括我國的國標、ISO標準、美國SAE標準、日本JIS標準等。標準中不僅定義了壓力數據,同時也規范了安全性能(具體安全性能包括應力、腐蝕、泄漏、震動等規范及實驗方式),在標準層面已經保證了安全。

 

(2)閥門自動控制系統:氫燃料電池汽車使用的氫氣濃度比為99.99%,遠高于遇明火爆炸的4.0-75.6%濃度比,如果遭遇來自外界的明火燃燒,系統則會自動關閉多級閥體。當車載檢測系統偵測到儲氫罐或管路出現氫燃料泄漏,控制系統會即刻關閉氫氣輸出,避免與氧氣混合,確保不會自燃。

 

(3)儲氫罐結構設計及應急處理系統:儲氫罐本身也有著很高的強度,以豐田Mirai為例,儲氣罐由三層結構組成,最內層材料是高強度聚合物,中層是強化碳纖維和高強度聚合物的混合材料,外層是玻璃纖維和高強度聚合物的混合材料,靜止狀態下不會由罐壁泄露氫氣,即使受到槍擊被貫穿之后也能保持瓶體結構,使氫氣瀉出而不爆炸;在車輛著火的時候,一個叫易熔塞的閥門會受熱熔化,強制性地按照一定速度排出氫氣。

 

圖4 豐田mirai監控方法

 
 

由于氫氣有快速逃逸的特性,泄壓后就不易燃燒或爆炸。因此有業內人士提出,在極端汽車碰撞沖擊情況下,可以通過監控關鍵部件加速度等指標,通過系統確認發生碰撞之后開啟泄壓閥釋放氫氣、降低氣罐壓力來避免爆炸。目前來看,實現量產的氫燃料電池安全技術成熟,使用安全有保障。豐田mirai工程師在訪談中甚至公開保證,豐田氫燃料電池汽車在時速80公里碰撞,氣罐絕對不會爆炸。

鋰電著火、氫氣爆炸,新能源汽車到底安不安全?

 

通過以上分析可知,鋰電著火不是技術問題,而是與廠家的品控和設計缺陷有關,例如,寧德時代、比亞迪電池兩者在市場占比達60%以上,卻很少聽到電池著火事故發生(哪些電池會著火這里不點名)。下一代固態電池技術安全性會大幅提高,基本會消除鋰電自燃現象。

相比之下,氫燃料電池安全技術已經成熟,全世界已經有數千輛日本豐田未來的乘用車在路上運營,大部分分布在美國和日本市場。就目前來看,這款車型還沒有收到一例因為氫氣爆炸惡性事故發生的信息,對比特斯拉剛上路面時頻頻發生著火事故的情況,推測豐田mirai的安全性達到安全使用要求,至少與燃油車一樣安全,甚至更安全。(玖牛研究院)  (作者:風氫揚,管理學博士)

 

 

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