如何保证电池系统安全

电动汽车事故非常引人关注，从近年来国外电动汽车自燃起火的原因看，主要是碰撞后起火。其实燃油车碰撞之后也会起火。再看国内统计的起火的情况。国内起火主要有以下几个特征：第一，三元电池为主，超过一半，磷酸铁锂也有一部分。第二，圆柱形电池为主，因为它是钢壳，卷的比较紧，所以一旦发生热失控，会爆炸，之后会引燃其他电池。第三，充电失火的事故占比较大。一般来说电池如果放电到一定深度之后不会热失控，热失控一般都是在满电状态，所以在充电的时候容易引起起火，因为充电的时候，电池与充电系统连在一起，又是热失控最容易发生的时候，同时还有高压电器的短路等等，都容易引起事故。再从车型的角度讲，新旧车型都有，电池系统的比能量并不是很高，因为现在发生事故的主要是前几年出厂的车。

分析结果显示，电池热失控应该说是起火事故的主因，什么叫电池的热失控呢？电池温度到达一定时候电池就会有连锁的放热反应，所以温度快速上升，最高的速度可以达到每秒钟温升接近1千度。

因此，保障电池系统安全性的核心是研发先进的电池管理系统。目前，在电池管理系统方面，国内的产品功能不足、精度不够，尤其是安全功能不全，因此需要加大电池管理系统的研发力度。清华在电池管理系统的积淀比较丰富，已经获得65项专利授权，这些专利在国内外著名公司合作中得到了应用。

那么，我们如何彻底解决电池安全性问题？近期可以通过一些技术手段来保障安全性，但是长远看，要保障电池的绝对安全就需要前瞻性的科学研究。锂离子动力电池高比能量是全世界范围的发展方向和趋势，我们不能因为有安全问题就不发展高比能量電池，关键是把握高比能量与安全性之间的平衡点。比如高镍三元锂离子动力电池的本征安全问题，其机理是正极会释放氧，我们可以通过界面的修饰来延缓正极释氧，提高稳定性;再一个就是开发下一代的固态电解质，从根本上解决电解液燃烧的问题。

基于各国动力电池技术路线的比较，短期是发展液态电解液的锂离子电池，下一步将会向固态电池方向发展。综合考虑电池成本和动力电池的发展方向，建议我国也应该走类似的路径，即短期是液态电解质，发展高镍三元正极和碳负极，通过电池管理系统和热蔓延的抑制来防止安全事故发生，这类电池能够满足电动汽车500公里续驶里程的要求。中长期，从液态电解质逐步过渡到全固态电池，估计在2030年全固态电池将会得到产业化应用。

为解决动力电池本征安全问题，保障新能源汽车行业的健康发展，在此，提出相关政策方面的建议如下：

第一，原有的产业化目标（2020年单体比能量达到350瓦时/公斤，系统比能量260瓦时/公斤，循环寿命2000次）是偏高的，从安全角度考虑，我认为不宜强行推行。

第二，补贴政策要符合技术发展的规律，对能量密度的提升不宜过快、不宜更改过频，这是我对财政部的建议。

第三，尽快推出电动汽车安全年检规范。同时，为了更好处理和分析电动汽车事故，最好有电动汽车黑匣子，同时电池包要留有消防安全的接口，目前的电池包封的很死，导致消防灭火的时候困难重重，这些是对公安部的建议。

最后，我觉得电池安全是电池技术革命性突破的第一重点，也是纯电动汽车性能提升的第一关键，电池产业发展越到后期电池安全就越变成一个瓶颈技术，比如快充技术，十分钟充300公里以上的电，会对电池安全带来挑战，电压从300V提高到600V甚至800V，这些都与安全相关，也是今后纯电动汽车竞争的主战场。可以说安全是电动汽车可持续发展的生命线，动力电池国家科技研发，要以安全为核心，全面提升现有锂离子动力电池系统安全技术，全力突破新型固态电池技术。

（本文根据中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高在全球新能源汽车创新大会演讲整理，未经本人审阅，文字有删节。）