電動汽車電池穿刺

1. 徹底終結電動車安全痛點一文看懂比亞迪刀片電池

撰文|謝天爽

比亞迪漢EV

同時，作為動力電池生產製造上，根據比亞迪集團副總裁兼弗迪電池董事長何龍介紹：「幾乎你能想到的所有汽車品牌，都在和我們探討基於刀片電池技術的合作方案，相信大家很快就能看到、聽到刀片電池更多精彩的消息」，所以未來刀片電池很有可能將搭載在更多來自不同品牌的車型上。

本文來源於汽車之家車家號作者，不代表汽車之家的觀點立場。

2. 有驚無險 聊比亞迪刀片電池針刺實驗

試驗樣品和針刺試驗介紹 ●熱失控和針刺試驗

雖然美國國家公路交通安全管理局認為，電動汽車的起火概率低於柴油和汽油動力汽車，我國消防應急管理部門也表達了類似的觀點，但每當有純電動汽車自燃的消息時，總是會引起人們的注意。國家新能源汽車大數據聯盟數據顯示，去年5月以來發生事故的車輛主要是2021年生產的車輛。其中，事故車輛86%為三元鋰離子電池，7%為磷酸鐵鋰電池，7%不確定。與電池有關的自燃事故大多與電池熱失控密切相關。

那麼什麼是熱失控呢？電池的熱失控是指電池內部化學反應的生熱速率遠大於散熱速率，大量的熱量在電池內部積聚，導致電池溫度迅速升高，最終導致電池起火或爆炸。

與2015版相比，最新強制性國家標准有明顯變化。2015版除了對現有項目進行修訂外，取消了模塊級安全測試、電池針測試、電池跌落測試、電池低壓測試、電池海水浸泡測試、電池跌落測試和電池翻轉測試，增加了電池組熱擴散測試和過流保護測試。在實施層面，由於新國標尚未正式實施，企業可以選擇性實施新國標規定的過充和熱擴散試驗，2021年國標強制規定的針刺試驗現在作為可選項目由企業選擇性實施。

●測試樣本有哪些？

在這次針刺測試中，除了比亞迪最新的刀片電池，為了對比，我們還找到了常見的磷酸鐵鋰電池和NCM622三元鋰離子電池進行測試。我們需要看看這三種電池在嚴苛的針刺測試下表現如何。

本次針刺測試的電池樣品均為比亞迪生產的汽車動力電池電芯，每個電芯的單體容量均在100Ah以上。從上圖可以看出，普通磷酸鐵鋰電池和NCM622三元鋰離子電池在外觀和結構設計上沒有太大區別。葉片明顯不同於上述兩種，其陽極和陰極分別設置在電池長度方向的兩端。

●刀片電池是什麼黑科技？

既然今天針灸測試的主角是刀片電池，首先我們要對它有一個大概的了解。比亞迪的刀片電池是什麼樣的東西？技術有多先進？現在我給大家科普一下。

根據之前公布的消息，韓春電動版車型將配備一個重量為549千克、容量為77千瓦時的電池組。根據刀片電池單體的參數，電池組將集成200多個刀片電池單體。

通過比亞迪 CT P設計，將電池包殼內空的利用率從傳統設計方式的40-50%提升到60-80%。新設計的直接好處就是在採用原有磷酸鐵鋰電池技術的前提下，大大提高了純電動汽車的續航里程。面對上刀片電池，進行了簡單的科普，更詳細的技術分析可以在下面文章的相關介紹中找到。

針灸實驗是怎麼做的？

按照GB/T 31485-2015的針刺試驗方法，給電池充滿電，使用直徑5-8毫米的耐高溫鋼針以毫米/秒的速度從垂直於電池板的方向刺入，刺入位置應靠近被刺穿面的幾何中心，鋼針應留在電池內觀察1小時不著火。

當單個電池的熱量失控時，其外殼溫度越高，電池之間的熱擴散越快，這意味著相鄰電池會更快升溫，並相繼觸發熱失控，導致電池組的安全系數降低。如果實驗中的雞蛋被快速油炸，說明電池被針刺時明顯失控，導致電池溫度急劇上升。
試驗結果解析
●實驗結果如何？

針灸試驗是在比亞迪的電池實驗室進行的。由於實驗室的保密性和安全性，我們無法拍攝電池針刺過程，所以我們將通過實驗室專用的官方監控攝像頭拍攝的視頻進行講解。

更多精彩視頻，均在車載家庭視頻頻道。

【三種電池樣品針刺試驗視頻】

◆三元鋰離子電池

首先我們要做的是NCM622三元鋰離子電池的針刺測試，相信是觀眾最關心的部分，因為目前國內純電動汽車很大一部分使用三元鋰離子電池。對三元鋰離子電池有一定了解的朋友應該知道，車用三元鋰離子電池很難通過針刺測試。只要針刺觸發內部短路，電池就會立即失去對熱量的控制。讓我們用測試來看看三元鋰離子電池在針刺測試中會有什麼反應。

從實驗現象中我們可以知道，當鋼針刺穿電池導致三元鋰離子電池內部短路時，極高的升溫速率會使三元正極材料迅速達到200攝氏度左右的分解溫度，三元正極材料會高速分解產生大量的游離氧，這將進一步增加各種化學反應的發熱，增加電池內部的升溫速率，也使電池的內壓迅速上升。電池內部迅速上升的壓力迅速推開泄壓閥，內部高壓電解液噴涌而出。此時外部空氣體進入電池，電池內部殘留的新鮮空氣體+極高溫度+可燃電解液爆炸起火。

◆普通磷酸鐵鋰電池

接下來我們切換到普通磷酸鐵鋰電池。鋼針從中心穿透電池內板。鋼針刺入電池後，電池電壓開始下降，電池外殼膨脹到一定程度，說明電池內部短路導致內部壓力快速上升，隨後泄壓閥打開，電池內部高壓電解液噴出，隨後電池外殼溫度隨著電壓快速下降而快速上升，最高達到239攝氏度。隨著電池的內容物全部通過減壓閥噴出，電池外殼的溫度開始慢慢回落，直到觀察期結束。穿孔位置附近的雞蛋已經被高溫外殼煮熟，說明測試時電池外殼溫度較高。

磷酸鐵鋰電池熱失控反應不如三元鋰離子電池嚴重的原因是其正極材料分解溫度在500℃以上，熱失控溫度高於三元鋰離子電池，熱失控風險相對較低。此外，磷酸鐵鋰電池正極分解時產生的氧氣量較少，限制了內壓的增加和溫度的升高。一方面可以避免電池內部壓力過大的爆炸，另一方面也在一定程度上限制了易燃電解液燃燒的可能性。在磷酸亞鐵鋰的熱失控試驗中，其升溫速率遠低於三元鋰離子電池，這也是其安全系數較高的重要特點之一。

從實驗現象可以看出，用針刺觸發普通磷酸鐵鋰電池內部短路會導致熱失控。當普通磷酸鐵鋰電池失去對熱量的控制時，電池內部的溫度和壓力會迅速升高，導致電池外殼鼓包到一定程度，碰到排氣閥打開。雖然視頻的效果看起來驚險，但在整個測試過程中，電池並沒有起火爆炸，安全性還是值得肯定的。值得一提的是，泄壓閥是一種熱失控保護措施，在本次試驗中發生熱失控時，適時開啟，證明該措施是有效的。

◆刀片電池

最後，我們測試了刀片電池。鋼針從中心穿透刀片電池的極板後，電池的壓降和表面溫升都很輕微，穿刺處沒有火花、煙霧或電解液，電池殼也沒有鼓包。穿刺後一小時內，穿刺刀片電池的電壓和表面溫度非常穩定，穿刺位置附近打中的雞蛋沒有被炸的趨勢。

看到這里，一些購買了三元鋰離子電池純電動汽車的朋友可能開始坐不住了。換成用磷酸鐵鋰電池的型號安全嗎？等一下，以上測試是電池單體的部分安全測試。雖然三元鋰離子電池電芯的安全系數較低，但通過優化電池包結構設計，嚴格監控電池管理系統，可以提高該類型電池在電池包層面的安全系數。請繼續往下看。

●如何保證搭載三元鋰離子電池的車輛安全？

從車輛安全的角度來看，新國標增加了新的熱擴散試驗，要求電池組或電芯熱失控引起熱擴散，會導致乘員艙危險，並為乘員提供預警信號，提醒其撤離。熱擴散試驗的目的是為了提高電動汽車在使用中的安全性，保證用戶的人身安全。

有朋友會問，現在熱度失控報警還來得及嗎？要回答這個問題，首先要了解電池組的結構。電池組中有幾十到幾千個電池單元，一個電池單元的熱失控不會立即觸發相鄰電池單元的熱失控。所以，電池組真正燒到損害人身安全的程度，其實是有一個過程的。雖然三元鋰離子電池熱失控的安全系數相對較低，但通過電池單體泄壓閥的設計，在電池單體之間加入隔熱材料，可以有效防止熱擴散，減緩或避免其他電池單體的熱失控，延長乘客的逃生時間。

因為針刺不是常規的電池失效模式，所以電動汽車的電池組或電芯在日常使用中極難針刺。然而，在嚴重的碰撞事故中，電池單元變形導致熱失控是一種常見的故障模式。通過加強電池組和周圍保護結構的強度，可以更好地避免電池單體壓縮變形引起的熱失控。

總的來說，目前量產車型搭載的三元鋰離子電池安全系數較低，但通過對電池組和電池管理系統的優化設計，可以在使用層面提升這種電池技術的安全性。目前國標的基本要求還是比較嚴格的，消費者不需要談三元鋰離子電池的變色問題。

目前就國內技術水平而言，安全指標在一定程度上限制了三元鋰離子電池組整體能量密度的進一步提升，而較低的單體能量密度則限制了磷酸鐵鋰電池組或刀片電池組整體能量密度的提升。相比之下，未來幾年，磷酸鐵鋰電池或刀片電池組將通過電池技術優化和無模組電池組設計優化，使電池組整體能量密度提升空，甚至可以 超越 受安全指標限制的三元鋰離子電池組。

●編輯摘要:

三元鋰離子電池單體熱失控的安全系數較低，但通過加強電池組外殼強度、完善電池管理系統中熱失控的檢測預警機制、使用隔熱材料降低熱擴散速率等措施，可以有效增強電池組的整體安全系數，從而滿足汽車動力電池國家標準的安全要求，提高其使用水平的安全性。磷酸鐵鋰電池/刀片電池的能量密度相對較低，但其熱失控安全系數遠高於三元鋰離子電池，有利於利用模塊化設計進一步提高電池組整體能量密度，增加電動車續航里程，從而在安全性和續航性之間達到更好的平衡。 @2019

3. 對811三元鋰電池穿刺測試瞬間爆炸，安全性真是新能源車的殤

消費者對於電動車安全性的擔憂，實際上有一部分是來自於對動力電池安全性的未知，為了檢驗電池的安全性，國家也出台了相關測試標准。其中，電池穿刺實驗就是一項標准較高的安全測試。
網友自行進行穿刺測試
為了驗證三元鋰電池能否通過針刺測試，有網友進行了一次硬核的三元鋰電池穿刺實驗。據博主@鋰電大全小魚介紹，其進行穿刺實驗的電池為寧德時代811三元鋰電池單體，電池容量234a電壓4.14v（滿電為4.2V），穿刺鋼針直徑7毫米，穿刺速度25mm/s，執行GB/T 31485標准進行穿刺測試。
隨後開始進行穿刺實驗，從實驗畫面中可以看出，從鋼針剛穿刺電池後，電池內部就發生了劇烈膨脹現象。而後，電池單體瞬間爆炸，同時伴隨有起火現象，電池開始劇烈燃燒，電池內部物質向外噴射而出。很顯然，該款三元鋰電池單體沒能通過穿刺測試。
不過穿刺測試確實是相對比較嚴苛的測試方法，在日常駕駛中，哪怕發生比較嚴重的交通事故，也很難觸發這個場景。
811電池是什麼？
我們俗稱的811電池是NCM811三元鋰電池，即正極材料中為鎳鈷錳，同時含量比例為80%：10%：10%的三元鋰電池，是目前最高能量密度與最高技術含量的鋰電池。由於NCA電池技術壁壘高，且日企壟斷了NCA材料市場，中國電池製造商在多重因素下，大多選擇NCM路線。
而使用NCM811電池的主要目的就是提升能量密度。現在多以523和622型為主，單體能量密度在200Wh/kg，而NCM811電池一舉突破300Wh/kg，相當於能量密度提升了50%，這相當於同樣體積的電池倉，可以攜帶更多的鋰電池，或者大幅降低鋰電池質量。
此外，811電池的成本也相比其他電池要更低，因為鈷的成本一直在上漲，減少鈷的含量就可以降低生產成本。在使用811電池後，普遍成本可以降低8%的成本。以特斯拉Model 3為例，它使用的2170電芯將正極材料中所需鈷的含量降低到 10%以下，甚至低於其他電池產商生產的下一代NCM811電池中鈷含量。
當然，凡事有利就有弊。811電池存在的安全隱患也要比其他電池更大。隨著鎳含量的提高，正極材料的穩定性隨之下降，在遇到高溫、外力沖擊等情況時，高鎳電池會存在安全隱患，且高鎳電池充電時產氣會導致電池鼓脹也是一個待解的問題。作為應用到汽車產品中的關鍵部件，高鎳產品在安全方面仍然需要有更大程度的改進，可以說這是未來三年要努力克服的問題。
不過值得一提的是，不光811電池不能順利通過穿刺測試，由於三元鋰電池的特性，至今沒有任何一款鋰電池可以順利通過該測試。
根據工業和信息化部公布的GB 30381-2020《電動汽車用動力蓄電池安全要求》中，特別提出了電池系統熱擴散試驗，要求電池單體發生熱失控後，電池系統在5分鍾內不起火不爆炸，為乘員預留安全逃生時間。
哪些車搭載了811電池？
前幾天，廣州市的一台廣汽新能源Aion S汽車在無充電的情況下突然著火，且火勢兇猛並伴有濃煙，著火點或位於後尾箱，並可聽見小程度的爆炸聲。
盡管目前尚不清楚是否起火原因，但這台車就搭載的是811電池，這讓Aion s的電池能量密度達到了180Wh/kg，在電池組容量為58.8kWh的情況下，便可以輕松突破500km續航大關。
此外寶馬X1插電混動版本、蔚來ES6、吉利幾何A，以及剛剛上市的小鵬P7等車型，均搭載了NCM811電池，換句話說，如果想要實現更長的續航表現，搭載811電池似乎是最快、成本最低的方案。
當然，811電池的安全性就像當年被詬病無數的雙離合變速器一樣，盡管天生就存在缺陷，但憑借著其他方面出色的表現依然無法令人拒絕，未來如何在續航、成本、安全等方面做出綜合考慮，對汽車廠商來說，也是一個值得思考的問題。
此外，未來三元高鎳材料的安全性可以通過材料改性優化、表麵包覆、調整電解液和負極材料等方式來逐步解決。而另一方面，動力電池包內的其他設備也在進步，比如電池管理系統，比如各種感測器等等，它們也能彌補一部分電池在安全性能方面的不足。不過，想要讓811電池安全性有質的飛躍，肯定還有很長的一段路要走。
本文來源於汽車之家車家號作者，不代表汽車之家的觀點立場。

4. 電動車發生碰撞後，是漏電還是起火更加危險

電動汽車是由電能為車輛提供動力來源，由於電動汽車的特徵，人們一想到電動汽車碰撞，通常就會想到電池是否會漏電還是起火更危險。在人們的潛意識當中，電動汽車也跟手機、電腦這類電子產品一樣，關於漏電還是敬而遠之比較穩妥。但是話說回來，車輛作為交通工具，使用環境非常復雜，對於電動汽車而言，從漏電和起火上面來說，起火是比漏電更危險的。

再者從電池的材料上面來說，電池的負極材料一旦遇到空氣，從起火到爆燃，也只有幾秒的時間，總而言之，電動汽車碰撞後漏電最終的保護方式都將嚴格執行保護要求。而起火是不可控的帶來的危險也是比較嚴重。

5. 比亞迪曝光穿刺測試，原來三元鋰電池爆炸威力這么大

3月29日，比亞迪正式宣布推出「刀片電池」，我們可以將其理解為全新一代「磷酸鐵鋰」電池，並不是此前我們常常聽到的三元鋰電池。那麼，刀片電池的優勢在哪呢？

編輯分析，刀片電池最早將會在2021年底大面積投入量產，2022年或會和其它汽車廠商合作，很難於今年開始大面積量產。王傳福曾透露，刀片電池的誕生其實是為了我國動力電池發展的路線「糾偏」。通過他的觀點，我們也可以相信，王傳福是想用刀片電池，打破目前三元鋰電池獨霸市場的局面。與此同時，刀片電池的出現也會逐漸影響消費者對於動力電池安全的思考。

安全問題從來都不可忽視，作為相對新興的電動汽車領域則更顯重要。無論是自動駕駛致人死亡，亦或是動力電池致人死亡，生命面前，一切的狡辯都面目可憎。對關乎安全的問題，有關部門和廠家都應該防患於未然，才能確保萬無一失。盡最大努力保護消費者生命和財產安全，是最正常也最為重要的事。

本文來源於汽車之家車家號作者，不代表汽車之家的觀點立場。

6. 同樣有電池的混動車和電動車，為啥電動車更容易自燃

電動車用久了，車內連接線路容易老化短路。此外，未經授權的改裝(取消限速、安裝電池等。)也會造成短路。如果車內電線短路，外部溫度過高，很容易燒毀。自從新能源汽車進入大眾生活以來，火災、自然等事故屢見不鮮，每一次事故都引起了市場的高度關注。最近特斯拉、蔚來、榮威、比亞迪四大新能源電動車品牌火了。這說明大家對新能源汽車非常重視，對其發展寄予厚望，這是好事；但與此同時，新能源汽車發展的任何紕漏都暴露無遺，可謂一步棋。

汽車行駛時，由於氣流的作用，電池處於散熱狀態。但是車一停，車就熄火了，冷卻系統也不工作了。此時電池的熱量沒有完全散失，熱量局部集中。此外，零件老化會加劇電池內部的反應，導致高溫和燃燒。電動車主要有四種燃燒場景，充電時燃燒；電池運行或放置引起的燃燒；碰撞和翻車引起的燃燒；涉水造成的燒傷。盡量避免突然剎車。頻繁急剎車會影響制動靈敏度，消耗電池容量。速度不要太快。速度越快，電池損耗越大。

7. 從特斯拉純電動到蔚來ES8，電動汽車為什麼如此懼怕寒冬

首先你應該知道的是，碰撞事故最容易引發純電動汽車的自燃事故，因為這可以導致電池組件受到穿刺等致命的傷害，從而導致大規模短路並造成熱失控起火燃燒。針對這種情況國際上有專門針對電動車的模擬碰撞測試，以此來檢查電池系統的自我保護安全系數。

所以總結下來就是，購車前一定要先檢查車輛是否針對電池包進行了完整的安全測試，現在許多發生自燃事故的車型，後來調查的結果都是為了提高產量，而省略了相關安全測試，這是不行的。首先就是幾何 A 實現了20萬內同級獨有的 L2自動駕駛系統，和特斯拉可以直接對標，在開啟自動駕駛時，幾何 A 四周的感測器可以始終讓你保持在道路中央行駛，並且檢測四周的車輛，必要的時候採取制動和躲避措施，就算是你駕車的時候突然犯困，也不會因為你的注意力下降而引發事故了。同時幾何 A 還提供了360度的全景倒車影像，讓你不用下車就能了解到車輛周圍的一切實況信息，對於新手來說，可以幾大的避免事故的發生。

8. 比亞迪官方的刀片電池穿刺實驗可信度高嗎

非常高興回答題主的問題，小編作為新能源汽車愛好者，相信自己對於刀片電池的一些看法，可以給小夥伴們帶來一些幫助。

而且從資本市場上來看，比亞迪的股票從之前的40一路飆升到160，現在已經在一次，達到了最高的290左右。可見在資本市場中，很多資本大佬也是相當看好比亞迪的技術儲備的，否則也不會一直股價飆升到這種地步。

小編認為，隨著比亞迪重視技術的進一步發展，他現在的電動車技術儲備以及產品性能已經完全超越了我國各種其他品牌，完全可以稱之為國產新能源領域當之無愧的第一名。

小夥伴們對於刀片電池還有什麼不同的看法嗎？可以一起來討論一下。

9. 鋰電池電動車為什麼會起火

1、過充過放：電池組中存在電芯電壓的不平衡性，若不能進行自動調節，直接進行充電或放電，將會導致電池出現過充或過放。過充輕則損壞電池，重則導致電池起火；過放輕則損壞電池，重則導致無人機在飛行中突然斷電墜機。
2、撞擊和穿刺：電池在受到撞擊、擠壓等外力的作用下出現變形或被尖銳物體刺穿，可能會導致電芯的正負極片短路，使電池冒出大量的濃煙，甚至著火。
3、進水短路：戶外進行植保作業的環境復雜，大多數農田的水和農葯都具有導電性，因此需要時刻保持電池介面、無人機電源介面的干凈
如你的電池不慎進水，千萬不能大意，請立即對電池進行隔離，可能剛開始看起來電池一切正常，等水慢慢的滲入到電池內部，可能會冒出大量的濃煙，甚至著火。
早期的農業植保電池脫胎於航模電池，結構相對簡單，使用過程中容易出現很多問題。之後改進過的電池有與飛控實時通訊的功能，但依然存在許多安全隱患，比如新舊電池搭配使用、過充和過放等。
4、不同規格並聯充電、新舊電池混用
直到極飛P系列植保無人機「智能電池」的誕生，針對農葯腐蝕、防摔都做了大幅度提升；冬季還有自動加熱功能；XBMS電源管理系統可以防止過充過放的情況發生；使得植保無人機電池的安全性能大幅提升。