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电池管理系统“再出发”
虽然疫情令全球汽车市场遭受了巨大冲击，但新能源汽车市场却演绎着逆势上扬的剧情。恩智浦半导体副总裁兼驱动和能源系统产品线总经理李晓鹤分析说，法规要求的进一步加强、电池成本大幅下降、续航里程和充电速度提升、电动车型愈加丰富等因素叠加，共同驱动了电动汽车的新“马力”。而其中的关键系统——电池管理系统（BMS）也“顺势而起”。近日大众在其MEB电动汽车平台上采用恩智浦电池管理解决方案的新闻就将BMS再次推向台前。据悉，MEB平台是一个跨品牌、跨车型的平台，而大众将基于该平台在未来向市场推出多达75种全电动车型。之所以拿到这一大单，用李晓鹤的话来说就是因为恩智浦BMS解决了整车厂商电气化过程中的“痛点”，其中蕴含了什么样的“秘诀”？新能源汽车的“痛点”要知道，在电动汽车蔚然成风之际，整车厂已“不约而同”地从经济和合规的角度加大电气化投资，但要达到爆发的“拐点”，还要力克诸多挑战。作为电动汽车的“必备件”，即使电池成本在不断优化，但仍占据1/4到1/3的总车成本。李晓鹤认为，电池成本的持续降低是电动车普及以及整车厂盈利的重要决胜点，除电芯降本外，还需要不断优化或简化电子电气以及机械架构，并在生产线上不断升级自动化组装水平，从而提高生产效率。而在里程和充电方面要下的“功夫”，自然是要延长续航里程，缩短充电时间。“从电化学的角度来讲，延长里程要提高比能量，缩短充电时间要增加比功率，在逐渐挑战比能量和比功率极限的过程中，电池管理的功能安全的等级、诊断的精度和速度变得愈发重要。” 李晓鹤提及。为了加快不同级别电动车的量产，平台化则至关重要。一个车厂可能要在短时间内生产包括纯电车、插电混动车、48V混动车、14V起停微混动车等几十种甚至是上百种不同的车型，因而，能否实现可最大化的重用以及应用平台化，才能在加快上市时间并降低研发成本的竞赛中取胜。随着电动汽车市场的快速起量，供应链的大规模匹配能力考验亦接踵而至。李晓鹤的观点是，几年前大型整车厂的电动汽车生产规模最多是一年几十万辆，但未来主流车厂的计划将升至上百万辆的规模。这种大规模量产比拼的不仅仅是单一产品本身的性能，而是半导体厂商汽车制造品质、生产质量品质、供货体系以及售前售后服务能力的全方位考验。BMS的各个击破上文提及的电气化挑战不只涉及架构、电池等一系列问题，BMS亦担当重任。李晓鹤指出，电池本身的成本和性能是车厂致胜的关键点之一，而电池的安全性能以及效率在很大程度上是需要通过BMS系统的提升来体现的。“虽然BMS在电池总成本中占比非常小，约在10%-20%之间，但它可使电池组提高里程或加快充电性能，或提高寿命，其所能创造的价值是非常高的，未来仍大有可为。”李晓鹤直言。细究来看，一方面，电动汽车永恒的追求是提高里程并加快快充速度，需要精准的电池管理，通过精准的SoC估算来提高充电状态以及电池健康状态的估算，这样就可以在不增加成本的情况下来优化续航里程、延长使用寿命并提高安全性；而在采用更激进的化学材料来做电芯以提高比能量和比功率的路径之中，将出现更明显的风险因素，如过压、过充、不稳定的化学物质、热失控等，这就需要BMS有更快的诊断速度以及更精确的对于电压、电流、温度甚至压力的传感测量。另一方面，整车动力电池有几百个甚至上千个电芯，在电芯管理方面存在木桶效应，最弱的电芯决定了整个电池充放电的极限。因此多电芯的均衡也极为重要，这可助力提高电池的寿命和容量。面对这些挑战，在汽车电子领域耕耘多年的恩智浦，凭借自身的核心优势、竞争力和独特的价值主张，祭出的BMS利器可全面解决上述痛点。李晓鹤介绍说，在BMS方案中包括处理器、车载网络传感器、驱动、模拟前端、有主动安全功能的电池管理等等，而恩智浦则可提供全面的整体解决方案。从整车厂需求点来看，恩智浦的方案也做到了“面面俱到”。李晓鹤具体解读说，从精度来看，恩智浦的控制器、模拟器件等，不仅可保证芯片的出厂精度，更确保产品全生命周期的使用精度；在安全性层面，恩智浦为客户提供相应的嵌入式软件驱动支持，包括功能安全库，从而可更好地实现系统级解决方案。此外，恩智浦产品的定义可兼顾14V、48V、400V、800V以及各种不同模式，软硬件平台的可扩展性和延展性可助力客户进行软硬件的复用和重用，降低验证时间并加速上市时间。特别是新能源汽车的研发和迭代周期从传统汽车的4年左右缩短到两年，更体现了系统性解决方案的重要性。特别重要的是，恩智浦是汽车半导体领先供应商，拥有良好的供货能力以及完备的服务体系，无论是授权设计支持还是售后质量支持，都可全力保证，这对新能源汽车加快量产来说至关重要。下一站“野望”对于电动汽车的潜力，恩智浦以实际行动在表明其“芯”向往之。因为电动汽车的潜力正在加倍释放。李晓鹤提到，从全球平均成本看，业界普遍认为如果每千瓦时的成本在100美元以下，那么一辆电池车的成本基本与普通燃油车类似。今年的成本平均值大约在130美元左右，基本到2024年，电动车与传统燃油车的成本将趋同。新能源汽车市场在未来十年将保持井喷状态，而关注点也将集中于系统成本更优化、安全性更高、可靠性更高的打造之上。相应地，BMS也大有可为，一年将增长至几千万套的规模。大众的MEB电动汽车平台“锁定”恩智浦，显而易见让恩智浦的BMS站在了新高点上，而恩智浦有着更高远的目标与野望。从BMS系统所需芯片来看，李晓鹤提及，针对电池管理优化的主控制器，与动力，传动总成控制等带有功能安全的主控制器架构非常相似，但需在内存，安全验证，低功耗等硬件配置上做相应的优化。恩智浦也在同时开发下一代的S32 MCU，其中S32K系列MCU的几款产品是专门针对电池管理优化的。而诸如模拟前端芯片等关键芯片也将不断优化，在高精度、均衡性、安全性层面不断发力。对于是否可对市场上不同技术路线的电池组提供支持，恩智浦的回应亦是积极的。李晓鹤提及，目前电池整体的技术解决方案还在演进，各种电化学均处于一个合作竞争的状态，无论是铁锂电池还是固态电池等。NXP的BMS系统在尝试支持各种各样的电化学，即市场上的新能源汽车所采用的电池组都是支持的，当然这对设计和精度的要求也会走高。从全球范围内看，中国依然是新能源汽车的主要驱动市场。而近日《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》发布，将使我国新能源汽车迎来新一轮的发展高峰。据估算，2025年我国新能源汽车年销量将超过500万辆。相对于全球客户，国内新能源汽车的不同势力也显现出不同的张力。李晓鹤强调，恩智浦在中国有非常强的技术团队，包括软件、硬件、测试等，此外还有很完备的参考设计的技术积累。面对自身设计能力很强的企业，他们更多关注设计、成本、安全性和质量。而初创企业则更关注速度、上市时间，更关注软件和服务。恩智浦与大型车厂和初创企业都建立了良好的互动和合作，通过系统级的芯片组方案和软件支持，让客户可重点关注高附加值的应用开发。（校对/一求）
来源：爱集微APP
生产“完美”电池是要在成本、性能和寿命之间找到最佳平衡点
据外媒报道，柏林光伏研究所（PI Berlin）最近在其发表的一篇技术论文指出，锂离子电池的化学成分可能是影响电池性能“最显著”的因素，但只是影响电池性能的五个主要因素之一。其他影响电池性能的四个关键因素还包括：电池的几何形状、生产质量、技术与正确应用匹配，以及系统集成。在太阳能行业中享有盛誉的柏林光伏研究所的工作包括对太阳能发电组件生产质量进行审计和评估，该公司已将其提供的服务范围扩大到包括可再生能源行业使用的锂离子电池的质量评估。电池储能系统在完成部署之后难以检查电池缺陷这篇名为《生产锂离子电池应该了解的知识》技术论文的作者Ian Gregory、Benjamin Sternkopf和David Prince在文章中写道：“在这些关键因素中，电池化学成分只是影响电能性能的冰山一角。换句话说，电池化学成分只是电池最为显著的特性，但经常被遗忘的是，在实际应用中，电池系统的实际性能很少取决于电池化学性能。而在更多情况下，只是影响电池性能的五个因素之一。”与其相反，保证电池生产质量的重要性常常被忽视，并且是这些主要因素中关注最少的因素之一，即使两家生产制造商生产的电池采用完全相同的化学成分，其生产线的技术和条件也会对电池产品的最终质量产生巨大影响。在公共领域，已经有大量有关电池化学成分或电池形状的信息，可以使用计算工具来建模电池技术与正确的应用。然而，电池生产工艺和生产质量在很大程度上仍然是每家电池制造商的商业秘密，并且不会对外公开其生产工艺细节。生产“完美”电池或找到最佳选择这篇论文详细说明了锂离子电池的生产方式，以及生产过程中需要考虑的许多可能影响所用电池质量的因素。电池生产是一个复杂过程，质量控制到生产包括170多个独立步骤。一些最关键的质量参数包括电池残留湿度和表面均匀性。不良生产的影响会导致电池快速退化。而会在几个充放电循环之后就有可能降低电池容量，或者电池如果保持备用状态，可能更容易自放电。如果生产过程管理不善，也会产生安全隐患。例如，电池极板表面均匀性差，将会产生一些小尖刺，这些尖刺可能会刺穿隔板，并导致电池内部发生短路。该论文指出，在电池制造质量管理方面需要结合应用场景和财务问题。例如，虽然可以生产可以充放电15,000次以及寿命长达20年电池，但实际上，对于大多数应用场景而言，电池充放电达到3500至4,000次，以及10年使用寿命就足够了。而生产这种电池的秘诀是，并不需要生产“完美”的电池，而是要在成本、性能和寿命之间找到最佳平衡点。
来源：中国储能网
“超级电池”是怎样炼成的
从最早的干电池，到逐渐兴起的锂离子电池、超级电容器，电化学储能器件一路发展，更新换代，而其中的关键材料一直是碳材料。如今，快速发展的智能手机和电动汽车等行业对以电池和超级电容器为代表的电化学储能器件的性能提出了更高的要求：要能够快速充电，增强续航能力，延长使用寿命，提升便携性……这些需求目标正在“呼唤”新型碳材料加入储能器件材料的行列。什么是富碳材料富碳材料是以碳材料为主同时加入其他元素的材料，作为主体的碳材料包括石墨烯、碳纳米管、碳纤维、微介孔碳，以及以碳元素为主体的纳米金属有机框架结构化合物等。富碳材料的结构多样，可调控性强，表面状态丰富，化学稳定性好，并且具有优异的电输运特性和高活性表面特性。对于电化学储能器件存在的能量不够高、安全性不够好、成本不够低廉等关键问题，富碳材料都有潜力去解决。具备潜力还不够，能否真正拥有优异的电化学性能，取决于能否通过精准调控让富碳材料具有“称心如意”的结构。难点也就在这里——由于富碳材料结构多样，难以精准控制和定向合成，因此，如何根据性能上的需求去设计和制备特定的材料结构，成为研究道路上的“拦路虎”。击败富碳材料结构“拦路虎”从理论上来说，富碳纳米储能材料的电化学行为与其结构、形貌和共生原子密切相关，表面官能团也会产生很大的影响。就拿富碳材料的孔结构来说吧，电池的电极材料中需要有一定数目的“孔”，能在充放电时让电子或离子要么通过，要么存储下来。这些“孔”应该是大是小，是圆是方?应该如何有序、有尺度地分布?应该采用什么方法，才能对其实现精准调控，从而制备出具有特定孔结构的富碳材料?这都是材料制备过程中的共性问题。找到这类问题的答案，才能对材料的孔结构和表面化学性质进行优化设计，进而提出制备富碳储能材料的普适性方法。针对结构设计和性能调控的核心问题，上海理工大学杨俊和研究团队从基础研究着手，潜心研究，十年磨一剑，取得了许多科学进展。例如，研究团队开发出一套巧妙的制备工艺，以石墨烯为基本结构单元，制备出低密度高强度的多级孔结构石墨烯基三维碳材料，而这种结构正是储能材料具有循环稳定性的基础。成功实现孔结构和表面化学的调变并探明其中的作用机制，为接下来制备结构可控、性能优异的富碳纳米材料提供了理论支撑。变身“超级电池”我们制备的富碳纳米材料可用于锂离子电池、锂硫电池、超级电容器等储能器件，使器件的续航时间延长，循环次数增加，安全性增强，就像“超级电池”一样。1、在锂离子电池中的应用目前绝大多数的商业锂离子电池都使用石墨作为负极材料。但是，石墨负极的实际比容量已经接近其理论值，很难再有提升的空间。能不能找到一种高比容量负极材料来替代石墨呢?石墨烯基富碳纳米材料就是一个很好的选择。它的储锂容量远远超过传统石墨负极材料的理论容量，只是由于存在首次效率较低、无放电平台、循环性能差、充放电曲线滞后严重等缺点，难以直接作为电极材料用于锂离子电池。2、在锂硫电池中的应用锂硫电池被认为是极具潜力的下一代高容量储能电池。然而，锂硫电池体系中存在的一系列问题严重制约其性能发挥与实际应用。首先，锂硫电池充放电过程中会形成一系列易溶于电解液的多硫化锂中间产物，导致电池的循环稳定性欠佳;其次，受限于硫及其放电产物硫化锂的绝缘特性，锂硫电池中正极活性物质硫的利用率偏低;第三，用金属锂作负极，存在安全隐患。基于这三个问题，我们为改善锂硫电池的电化学性能提供了新思路。我们开发出一类新型碳/硫复合正极材料，解决了硫正极存在的导电性差和中间产物溶解穿梭等关键科学问题;进一步发展了原位锂化碳/硫复合材料，对因使用金属锂作为负极可能导致的安全隐患提出新的解决途径。3、在超级电容器中的应用在现有的各种化学储能器件中，电化学电容器或超级电容器是功率密度最高的二次化学储能器件，尤其适用于电动汽车的负载均衡装置。富碳纳米材料中的碳纳米管，尤其是垂直排列的碳纳米管，是构建高性能超级电容器复合电极的理想碳载体。然而，由于碳纳米管间仅靠微弱的范德华力结合，采用传统的湿化学法负载金属氧化物时极易破坏碳纳米管的定向排列结构。我们针对这一问题，创新性地制备出垂直碳纳米管/氧化物纳米复合电极。在这种电极材料的结构中，垂直碳纳米管仿佛是一条条线，金属氧化物纳米颗粒作为活性组分仿佛是一个个点，后者在前者的管间孔隙里轴向均匀分布。它与碳纳米管负极匹配组装的超级电容器，表现出很高的能量密度和良好的循环稳定性。相信在不久的将来，人们可以在电动汽车、储能电站、电子设备等多个领域看到富碳纳米储能材料的身影。文/杨俊和 郑时有本文来自《科学画报》
来源：科学画报
开发新电池、拟分拆电池业务 SKI最近有点忙
最近，韩国三大动力电池厂商之一的SK Innovation（以下简称“SKI”）有点忙，不仅要开发新电池，还要考虑分拆公司的电池业务的事情。新电池800公里续航SKI日前在韩国政府主办的电池技术贸易会议上透露，公司正在开发安装在电动车上的电池，只需要20分钟的快速充电，就可以提供500英里（约800公里）以上的续航里程。SKI预计将在明年上半年或者最快在今年年底，完成新电池的开发，之后它们“可以在电动汽车的普及中发挥重要作用”。虽然没有提供新电池所使用的化学成分的任何细节，不过该公司表示，长续航里程由使用高密度镍的技术和可适应超过1000次充/放电循环的技术支持。据悉，SKI已决定将开发重点放在 “能够实现长距离行驶的长寿命电池”上，并在今年年初透露了新的 “SK Inside”品牌战略，旨在提高知名度。SKI指出，公司在1996年开发了第一块锂离子电池，10年来一直为电动汽车和插电式混合动力汽车提供电池，没有发生过一起电池起火事件。除了研发新电池，SKI还拟分拆电池业务。此前，另一家韩国动力电池公司LG化学宣布，计划在今年12月份将其汽车电池业务分拆，并成立一家新的公司。拟分拆电池业务据韩媒BusinessKorea报道，SKI电池部门首席执行官吉东燮近日表示，正在考虑分拆公司的电池业务，但目前尚未制定出具体的时间表。对于SKI来说，分拆电池业务或许是其为应对行业日益加剧的竞争，以及市场对动力电池激增的需求，所作出的一种选择。“把我们的电池业务分拆出来既有好处也有坏处，公司财务部门将确定分拆电池业务的可能性。”吉东燮说。此外，SKI也在考虑在美国建立更多的电池厂。据悉，目前公司正在美国乔治亚州建设一家电池厂，计划2021年投产，2022年开始批量生产电池。主打软包电池SKI主打软包电池，当前材料体系以NCM622为主，目前量产的单体电芯最高能量密度达到260Wh/kg。为进一步提升公司的市场竞争力，SKI正在推出更高能量密度的电池。今年8月，SKI宣布成功商业化全球首个镍含量为90%的NCM9电池。据了解，此次SKI研发的NCM9电池，在对隔膜技术进行改进、进而增强电池稳定性的基础上，将镍含量提高至90%的同时，还将钴含量降低到了5%，将电动车续航里程增加到700公里。还有消息称，SKI正在致力于在年底前开发新型NCM电池，该电池镍含量88%，较NCM 811电池提高8%，续航里程提高到500km-600km，钴含量6%，较NCM811电池降低4%。“朋友圈“都有谁资料显示，2016年SKI全球动力电池装机量仅207.3MWh，2019年装机量达到1.9GWh，市占率1.6%，复合增速超过100%；2020年上半年，装机量达到1.7GWh，同比增长66%，市占率进一步提升至3.9%，排名上升至第六位。除了电池外，公司在韩国、中国、波兰规划的隔膜产能约为10亿平方米。实力不可忽视！国内的天齐锂业、当升科技、新宙邦、中科电气等企业已经先后进入SKI供应链。如亿纬锂能子公司亿纬亚洲与SKI签署了《合资经营合同》，合资建设20-25GWh动力电池产能；天齐锂业就奎纳纳未来氢氧化锂产品与SKI签订了长期供货协议‧‧‧‧‧‧同时，SKI 为现代、起亚、福特、戴姆勒、大众、北汽等多家国内外知名车企配套动力电池，有业内人士认为，SKI未来将极大受益于传统车企的电动化转型。
来源：电池联盟
电池鼓壳和爆炸的原因分析
锂是化学周期表上直径最小也最活泼的金属。体积小所以容量密度高，广受消费者与工程师欢迎。但是，化学特性太活泼，则带来了极高的危险性。锂金属暴露在空气中时，会与氧气产生激烈的氧化反应而爆炸。为了提升安全性及电压，科学家们发明了用石墨及钴酸锂等材料来储存锂原子。这些材料的分子结构，形成了奈米等级的细小储存格子，可用来储存锂原子。这样一来，即使是电池外壳破裂，氧气进入，也会因氧分子太大，进不了这些细小的储存格，使得锂原子不会与氧气接触而避免爆炸。锂离子电池的这种原理，使得人们在获得它高容量密度的同时，也达到安全的目的。锂离子电池充电时，正极的锂原子会丧失电子，氧化为锂离子。锂离子经由电解液游到负极去，进入负极的储存格，并获得一个电子，还原为锂原子。放电时，整个程序倒过来。为了防止电池的正负极直接碰触而短路，电池内会再加上一种拥有众多细孔的隔膜纸，来防止短路。好的隔膜纸还可以在电池温度过高时，自动关闭细孔，让锂离子无法穿越，以自废武功，防止危险发生。保护措施锂电池芯过充到电压高于4.2V后，会开始产生副作用。过充电压愈高，危险性也跟着愈高。锂电芯电压高于4.2V后，正极材料内剩下的锂原子数量不到一半，此时储存格常会垮掉，让电池容量产生永久性的下降。如果继续充电，由于负极的储存格已经装满了锂原子，后续的锂金属会堆积于负极材料表面。这些锂原子会由负极表面往锂离子来的方向长出树枝状结晶。这些锂金属结晶会穿过隔膜纸，使正负极短路。有时在短路发生前电池就先爆炸，这是因为在过充过程，电解液等材料会裂解产生气体，使得电池外壳或压力阀鼓涨破裂，让氧气进去与堆积在负极表面的锂原子反应，进而爆炸。因此，锂电池充电时，一定要设定电压上限，才可以同时兼顾到电池的寿命、容量、和安全性。最理想的充电电压上限为4.2V。锂电芯放电时也要有电压下限。当电芯电压低于2.4V时，部分材料会开始被破坏。又由于电池会自放电，放愈久电压会愈低，因此，放电时最好不要放到2.4V才停止。锂电池从3.0V放电到2.4V这段期间，所释放的能量只占电池容量的3%左右。因此，3.0V是一个理想的放电截止电压。充放电时，除了电压的限制，电流的限制也有其必要。电流过大时，锂离子来不及进入储存格，会聚集于材料表面。这些锂离子获得电子后，会在材料表面产生锂原子结晶，这与过充一样，会造成危险性。万一电池外壳破裂，就会爆炸。因此，对锂离子电池的保护，至少要包含：充电电压上限、放电电压下限、及电流上限三项。一般锂电池组内，除了锂电池芯外，都会有一片保护板，这片保护板主要就是提供这三项保护。但是，保护板的这三项保护显然是不够的，全球锂电池爆炸事件还是频传。要确保电池系统的安全性，必须对电池爆炸的原因，进行更仔细的分析。电池爆炸原因1、内部极化较大。2、极片吸水，与电解液发生反应气鼓。3、电解液本身的质量，性能问题。4、注液时候注液量达不到工艺要求。5、装配制程中激光焊焊接密封性能差，漏气、测漏气漏测。6、粉尘，极片粉尘首先易导致微短路，具体原因未知。7、正负极片较工艺范围偏厚，入壳难。8、注液封口问题，钢珠密封性能不好导致气鼓。9、壳体来料存在壳壁偏厚，壳体变形影响厚度。爆炸类型分析电池芯爆炸的类形可归纳为外部短路、内部短路及过充三种。此处的外部系指电芯的外部，包含了电池组内部绝缘设计不良等所引起的短路。当电芯外部发生短路，电子组件又未能切断回路时，电芯内部会产生高热，造成部分电解液汽化，将电池外壳撑大。当电池内部温度高到135摄氏度时，质量好的隔膜纸，会将细孔关闭，电化学反应终止或近乎终止，电流骤降，温度也慢慢下降，进而避免了爆炸发生。但是，细孔关闭率太差，或是细孔根本不会关闭的隔膜纸，会让电池温度继续升高，更多的电解液汽化，最后将电池外壳撑破，甚至将电池温度提高到使材料燃烧并爆炸。内部短路主要是因为铜箔与铝箔的毛刺穿破隔膜，或是锂原子的树枝状结晶穿破膈膜所造成。这些细小的针状金属，会造成微短路。由于，针很细有一定的电阻值，因此，电流不见得会很大。铜铝箔毛刺系在生产过程造成，可观察到的现象是电池漏电太快，多数可被电芯厂或是组装厂筛检出来。而且，由于毛刺细小，有时会被烧断，使得电池又恢复正常。因此，因毛刺微短路引发爆炸的机率不高。这样的说法，可以从各电芯厂内部都常有充电后不久，电压就偏低的不良电池，但是却鲜少发生爆炸事件，得到统计上的支持。因此，内部短路引发的爆炸，主要还是因为过充造成的。因为，过充后极片上到处都是针状锂金属结晶，刺穿点到处都是，到处都在发生微短路。因此，电池温度会逐渐升高，最后高温将电解液气体。这种情形，不论是温度过高使材料燃烧爆炸，还是外壳先被撑破，使空气进去与锂金属发生激烈氧化，都是爆炸收场。但是过充引发内部短路造成的这种爆炸，并不一定发生在充电的当时。有可能电池温度还未高到让材料燃烧、产生的气体也未足以撑破电池外壳时，消费者就终止充电，带手机出门。这时众多的微短路所产生的热，慢慢的将电池温度提高，经过一段时间后，才发生爆炸。消费者共同的描述都是拿起手机时发现手机很烫，扔掉后就爆炸。综合以上爆炸的类型，我们可以将防爆重点放在过充的防止、外部短路的防止、及提升电芯安全性三方面。其中过充防止及外部短路防止属于电子防护，与电池系统设计及电池组装有较大关系。电芯安全性提升之重点为化学与机械防护，与电池芯制造厂有较大关系。设计规范由于全球手机有数亿只，要达到安全，安全防护的失败率必须低于一亿分之一。由于，电路板的故障率一般都远高于一亿分之一。因此，电池系统设计时，必须有两道以上的安全防线。常见的错误设计是用充电器(adaptor)直接去充电池组。这样将过充的防护重任，完全交给电池组上的保护板。虽然保护板的故障率不高，但是，即使故障率低到百万分之一，机率上全球还是天天都会有爆炸事故发生。电池系统如能对过充、过放、过电流都分别提供两道安全防护，每道防护的失败率如果是万分之一，两道防护就可以将失败率降到一亿分之一。常见的电池充电系统方块图如下，包含充电器及电池组两大部分。充电器又包含适配器(Adaptor)及充电控制器两部分。适配器将交流电转为直流电，充电控制器则限制直流电的最大电流及最高电压。电池组包含保护板及电池芯两大部分，以及一个PTC来限定最大电流。电芯以手机电池系统为例，过充防护系利用充电器输出电压设定在4.2V左右，来达到第一层防护，这样就算电池组上的保护板失效，电池也不会被过充而发生危险。第二道防护是保护板上的过充防护功能，一般设定为4.3V。这样，保护板平常不必负责切断充电电流，只有当充电器电压异常偏高时，才需要动作。过电流防护则是由保护板及限流片来负责，这也是两道防护，防止过电流及外部短路。由于过放电只会发生在电子产品被使用的过程。因此，一般设计是由该电子产品的线路板来提供第一到防护，电池组上的保护板则提供第二道防护。当电子产品侦测到供电电压低于3.0V时，应该自动关机。如果该产品设计时未设计这项功能，则保护板会在电压低到2.4V时，关闭放电回路。总之，电池系统设计时，必须对过充、过放、与过电流分别提供两道电子防护。其中保护板是第二道防护。把保护板拿掉后充电，如果电池会爆炸就代表设计不良。上述方法虽然提供了两道防护，但是由于消费者在充电器坏掉后，常会买非原厂充电器来充电，而充电器业者，基于成本考虑，常将充电控制器拿掉，来降低成本。结果，劣币驱逐良币，市面上出现了许多劣质充电器。这使得过充防护失去了第一道也是最重要的一道防线。而过充又是造成电池爆炸的最重要因素，因此，劣质充电器可以称得上是电池爆炸事件的元凶。当然，并非所有的电池系统都采用如上图的方案。在有些情况下，电池组内也会有充电控制器的设计。例如：许多笔记型计算机的外加电池棒，就有充电控制器。这是因为笔记型计算机一般都将充电控制器做在计算机内，只给消费者一个适配器。因此，笔记型计算机的外加电池组，就必须有一个充电控制器，才能确保外加电池组在使用适配器充电时的安全。另外，使用汽车点烟器充电的产品，有时也会将充电控制器做在电池组内。最后的防线如果电子的防护措施都失败了，最后的一道防线，就要由电芯来提供了。电芯的安全层级，可依据电芯能否通过外部短路和过充来大略区分等级。由于，电池爆炸前，如果内部有锂原子堆积在材料表面，爆炸威力会更大。而且，过充的防护常因消费者使用劣质充电器而只剩一道防线，因此，电芯抗过充能力比抗外部短路的能力更重要。铝壳电芯与钢壳电芯安全性比较铝壳相对于钢壳具有很高的安全优势。（来源：锂电前沿）
来源：锂电前沿
动力电池梯次利用该规范化管理了
近日，《新能源汽车动力蓄电池梯次利用管理办法（征求意见稿）》（以下简称《意见稿》）对外发布，向全社会征求意见。被业界关注多年的动力电池梯次利用，终于获得政策层面的重视和支持。伴随着新能源汽车市场的迅速发展，退役电池系统的梯次利用一直是业内外关注的焦点。梯次利用不仅能更好地发挥动力电池的再利用价值，有助于节省资源、环境保护，而且在降低新能源汽车成本等方面具有积极促进作用。但是，在过去的试点探索过程中，梯次利用一直处于“看上去很美”却实施不易的状态，实际操作中还存在不少漏洞，让黑回收点钻了空子，一定程度上扰乱了动力电池市场的有序发展。此次《意见稿》在诸多方面做出明确规定，如能有效落地，动力电池梯次利用有望逐步规范化。在源头上，《意见稿》强调，梯次利用企业应履行主体责任，遵循全生命周期理念，落实生产者责任延伸制度，保障本企业生产的梯次产品质量，以及报废后的规范回收和环保处置。可以看出，《意见稿》并不是仅仅要求动力电池生产厂家或车企承担生产者延伸责任，而是把梯次利用企业纳入其中，这能够在一定程度上防范动力电池退役后无人监管的状态，让梯次利用有迹可循、有据可查，确保梯次利用产品的质量，防止不良产品流向市场。同时，《意见稿》鼓励梯次利用企业研发生产适用于基站备电、储能、充换电等领域的梯次产品，要求不得开发充电宝、手持照明设备等不易回收的梯次产品。这不但可以在一定程度上提升梯次产品的安全性，也使梯次产品更环保，防止二次污染。不过，虽然《意见稿》在不少方面堵漏补缺，但是仍然存在一些有待完善的内容。比如，要求梯次利用企业从事废旧动力蓄电池梯次利用活动时，应依据国家有关法规要求，与新能源汽车、动力蓄电池生产企业协调、解决知识产权有关问题。这一要求本身并没有问题，可以有效防止出现知识产权纠纷，但在实施层面却有很大难度。在现实中，整车企业和动力电池企业一般不会向梯次利用企业提供相关信息，从知识产权的授权到核心技术的保密等诸多环节，都存在重重关卡。因此，仅靠《意见稿》这一条款，很难让知识产权问题得到解决，至少还需要明确相关技术产品的授权、保密等相关问题。这也意味着，《意见稿》还需要配套措施予以落地。《意见稿》还要求，梯次产品所有人应将报废的梯次产品，移交给梯次利用企业建立的回收服务网点或再生利用企业进行规范处理，不得随意丢弃或处置。这一规定过于笼统，缺乏可操作性。已经实施一年多的《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》早就规定，梯次利用企业作为梯次利用产品生产者，要承担其产生的废旧动力蓄电池的回收责任，确保规范移交和处置。但在实际应用中，退役动力电池流失的问题依然比较严重。如果《意见稿》还只有类似泛泛的规定，没有严格的监管、约束和惩罚条款，很难杜绝同样的问题，因此需要出台更具执行力的配套措施或细则，让规定能落到实处和细处。退役动力电池的梯次利用具有广阔的发展前景和价值，而行业目前还处于起步的初级阶段，《意见稿》也是在此前局部试点的基础上推出。未来，关于退役动力电池的梯次利用还需进一步探索，管理办法的制定也需要各方群策群力、凝聚智慧，使相关条款更完善，以促进行业健康可持续发展。可以说，动力电池的梯次利用才刚刚上路，无论是行业发展还是相关管理政策、标准的制定等，都需要不断规范。
来源：中国汽车报
