好奇實(shí)驗(yàn)室針對(duì)威馬電池包的暴力測(cè)試視頻，

好幾天前我就看過(guò)，實(shí)驗(yàn)本身是沒(méi)有問(wèn)題。

視頻里介紹說(shuō)，好奇實(shí)驗(yàn)室是在《GB/T 31467.3-2015電動(dòng)汽車(chē)鋰離子動(dòng)力蓄電池包和系統(tǒng) 第三部分：安全性要求與測(cè)試方法》的指導(dǎo)下完成的測(cè)試，方法與內(nèi)容大體跟國(guó)標(biāo)類(lèi)似，所以測(cè)試結(jié)果能夠反應(yīng)電池包的性能，結(jié)論也是靠譜的。

而我在本文中想要表達(dá)的是：

為什么對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)，我們需要制定這么嚴(yán)格詳細(xì)的測(cè)試以保證其安全性？

實(shí)際上，電動(dòng)汽車(chē)是比燃油汽車(chē)更為危險(xiǎn)，電池比起燃油箱更加易燃易爆炸。因?yàn)槿加拖渲灰獩](méi)有明火，不管碰撞有多激烈，是不會(huì)著火的；即使燃油車(chē)著火，也不會(huì)發(fā)生爆炸，因?yàn)槿加拖湟话愣际撬芰?，箱?nèi)不會(huì)聚集大量的熱量。

但是我們經(jīng)?？梢钥吹诫妱?dòng)汽車(chē)在發(fā)生碰撞的情況下起火的新聞，比如特斯拉碰撞后起火，比亞迪著火等等。其實(shí)不僅僅是電動(dòng)汽車(chē)，手機(jī)用鋰電池，也是可以發(fā)生爆炸的，有時(shí)候也能在新聞里看到電池充電發(fā)生爆炸導(dǎo)致毀容或者死傷的事故。

那么為什么電池看上去人畜無(wú)害，卻是這么的危險(xiǎn)？

這一切可能得從鋰元素說(shuō)起！

在元素周期表上，鋰的位置在左上方，意味著元素活躍，不穩(wěn)定。在金屬活動(dòng)性里，鋰是現(xiàn)已知元素里最強(qiáng)的，金屬活動(dòng)性和電極電勢(shì)有關(guān)。鋰跟水迅速反應(yīng)，并釋放出氫氣；鋰跟氧氣能夠自發(fā)或者加熱反應(yīng)，發(fā)生猛烈的燃燒。

鋰元素的這種特性也使他在上世紀(jì)三四十年代開(kāi)始用在了電池里，鋰電池開(kāi)路電壓高，工作溫度范圍寬，放電平衡，成為了很有前途的動(dòng)力電池。鋰元素的活潑化學(xué)特性，使得鋰電池在加工，生產(chǎn)，使用過(guò)程對(duì)“安全”的要求很高。

鋰電池的安全性

鋰電池近年來(lái)廣泛的用作驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的能源，盡管一開(kāi)始鋰電池并不是用來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的，但是目前看來(lái)，相比其他電池，鋰電池在能量密度以及動(dòng)力需求方面，仍然比其他電池要好。

作為驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的能源，鋰電池算不錯(cuò)的了

上圖是驅(qū)動(dòng)汽車(chē)所用能源能量密度于能效對(duì)比，包括了電池，燃料電池以及內(nèi)燃機(jī)；目前內(nèi)燃機(jī)仍然是高高在上，是霸主，在電池里能接近內(nèi)燃機(jī)的，不算燃料電池，只有鋰電池了。

雖然用作能源驅(qū)動(dòng)汽車(chē)鋰電池比其他的的電池更合適，但是鋰電池一旦發(fā)生事故，后果也比其他種類(lèi)電池嚴(yán)重：第一是因?yàn)殇囯姵啬芰棵芏雀撸坏┦В尫诺臒崃恳哺?；第二是因?yàn)殇囯姵刂羞€會(huì)使用可燃的電解質(zhì)，一旦接觸空氣會(huì)產(chǎn)生更多熱量。

大部分情況下，鋰電池的失效比較溫和，僅僅是失去充放電的能力；但是極端情況下鋰電池會(huì)發(fā)生“Thermal runaway”，也叫熱失控。

不出事則已，一出事就是大事

當(dāng)充滿(mǎn)電的鋰電池內(nèi)部溫度暴露在60度溫度下的環(huán)境超過(guò)一定時(shí)間時(shí)，電芯內(nèi)部慢慢的就會(huì)有放熱反應(yīng)的發(fā)生，引起電芯內(nèi)部溫度升高；電芯溫度的升高又會(huì)導(dǎo)致更多的放熱反應(yīng)發(fā)生，這是一個(gè)連鎖反應(yīng)，最終就是熱失控。

下面的曲線圖是加熱鋰電池的一個(gè)測(cè)試，外部溫度于電芯內(nèi)部溫度變化過(guò)程。類(lèi)似于好奇實(shí)驗(yàn)室的加熱威馬電池試驗(yàn)。

虛線是電芯外部溫度，實(shí)線是電芯溫度，當(dāng)電芯外圍溫度達(dá)到150度后，電芯就會(huì)發(fā)生劇烈的熱反應(yīng)；當(dāng)溫度達(dá)到175-185之后，電芯內(nèi)部隔離層失效，內(nèi)部短路發(fā)生，這時(shí)就一發(fā)不可收拾了。

電芯內(nèi)部存儲(chǔ)的電會(huì)以熱量的方式釋放出來(lái)，造成熱失控。至于釋放多少熱量以及達(dá)到什么溫度，那就看電極材料，電解質(zhì)濃度以及電芯設(shè)計(jì)了。

為什么電池會(huì)發(fā)生熱失控

鋰電池的熱失控也有很多原因，如下圖所示；主要是三部分：外部機(jī)械沖擊；電流過(guò)大；溫度過(guò)高。

鋰電池只能在合適的邊界條件下工作，比如合適的溫度，電壓電流；超過(guò)這個(gè)舒適范圍，電池就會(huì)失效；同時(shí)電池如果受到熱源，電或機(jī)械的外部傷害，就會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致熱失控發(fā)生。

a) 外部短路

電池外部短路如線路故障會(huì)引起大電流。一個(gè)2Ah的電芯短路時(shí)會(huì)產(chǎn)生超過(guò)50A的電流，嚴(yán)重會(huì)引起可燃電解質(zhì)泄露，產(chǎn)生有毒氣體。在電動(dòng)車(chē)上，單個(gè)電芯短路會(huì)引起相鄰電芯失效，因?yàn)槎搪窌?huì)釋放很大的熱量。

b) 內(nèi)部短路

內(nèi)部短路，比如集電極之間，正極和負(fù)極等。充電姿勢(shì)不對(duì)或者過(guò)充，金屬化合物污染，枝晶體生長(zhǎng)等都有可能導(dǎo)致內(nèi)部短路，同樣的，內(nèi)部短路也會(huì)導(dǎo)致大量的熱量釋放，造成熱失控。

c) 溫度過(guò)高

溫度過(guò)高比如外部環(huán)境溫度太高，使得電芯熱失控。這就類(lèi)似于好奇試驗(yàn)對(duì)威馬的電池進(jìn)行火烤試驗(yàn)。

電池溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致以下幾種情況發(fā)生：

SEI層損壞。如果溫度超過(guò)120度，SEI層就會(huì)損壞，溶解在電解質(zhì)里。引起負(fù)極和集電極之間的反應(yīng)。

電解質(zhì)蒸發(fā)。高溫下，電解質(zhì)會(huì)蒸發(fā)，導(dǎo)致電芯內(nèi)部壓力過(guò)高；內(nèi)部過(guò)高的壓力會(huì)導(dǎo)致泄露的發(fā)生，電解質(zhì)外泄，造成可燃事故。

SOC程度。電池電量越多，當(dāng)電池溫度過(guò)高時(shí)，發(fā)生熱失控的可能也就越大。此時(shí)電池正極會(huì)氧化電解質(zhì)，這個(gè)氧化過(guò)程是放熱的，會(huì)導(dǎo)致溫度升高，溫度升高又進(jìn)一步促進(jìn)電極之間的反應(yīng)。最終的后果就是，電芯內(nèi)部短路，熱失控發(fā)生。

電池需要很高的安全度

總結(jié)下來(lái)，電池是個(gè)“巨嬰”，需要在很舒服的條件下工作，并且需要保護(hù)的很好。為此，我們制訂了完善的生產(chǎn)制造流程來(lái)保證電池的質(zhì)量，并且又制定了嚴(yán)格的測(cè)試流程來(lái)保證所生產(chǎn)的電池可靠性。

這些電池測(cè)試流程就包含了汽車(chē)駕駛過(guò)程中可能會(huì)遇到的一些情況，比如碰撞，著火等。如下圖都是電池平時(shí)可能會(huì)遭受到的“磨難”，因此測(cè)試流程中就應(yīng)該包含這些。分別是來(lái)自電方面的，熱的，機(jī)械的，以及系統(tǒng)方面故障。

總結(jié)：

1) 之所以我們需要嚴(yán)格的法規(guī)來(lái)保證電池安全性，是因?yàn)殡姵厝菀资?，最終形態(tài)就是熱失控，一旦發(fā)生熱失控，表象就是爆炸或者失火。

2) 電池的安全除了要靠國(guó)家法規(guī)來(lái)保證，主要的源頭還是依靠從生產(chǎn)工藝，電芯設(shè)計(jì)，電池管理系統(tǒng)來(lái)解決。

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