下面我說一說動力電池的安全性是一個什么樣的問題，我們先看一下，我們安全性的問題概括起來叫動力電池?zé)崾Э兀簿褪堑竭_(dá)一定的電池受熱到一定溫度之后，它就不可控了，溫度直線上升，超過500℃、1000℃，然后就會燃燒爆炸。為什么會有這個問題，首先過熱會引起這個問題，溫度上來，最終都是溫度上來導(dǎo)致的，它會觸發(fā)電池里的副反應(yīng)，隨著溫度的升高，我們電池里會產(chǎn)生一系列的副反應(yīng)，這些副反應(yīng)都會放熱，導(dǎo)致熱的失控。另外一種原因，電觸發(fā)的，比方外部短路、內(nèi)部短路、過充，這些都會導(dǎo)致產(chǎn)熱，然后形成熱，然后產(chǎn)生熱失控。還有一個原因就是碰撞，比方說車輛的碰撞、擠壓。擠壓之后就像一個針刺了電池一樣，然后短路，短路這是一個電的觸發(fā)，然后再產(chǎn)熱，然后熱再引起熱失控，這是大概它的幾個誘因。這是熱失控的過程，隨著溫度的升高，會觸發(fā)不同的副反應(yīng)，比如說石墨負(fù)極與電解液的反應(yīng)、電解質(zhì)的分解、大規(guī)模的內(nèi)短路等，導(dǎo)致最后電解液燃燒，最后熱失控，放熱速率會非?？臁Ｒ粋€熱失控之后會導(dǎo)致它在一個電池里面的傳播，比方熱失控在第一個中間過來之后，它就會隨著在整個電池組里面迅速擴(kuò)散。我們看幾種不同的熱失控，第一種是過熱的熱失控觸發(fā)，比如說插電式的普瑞斯。我們來看那個熱失控的過程，這就是個三元電池的熱失控過程，我們可以看出它分成幾個階段，隨著不同時間、不同的溫度，底下是它不同的熱失控的反應(yīng)，可以看出溫度逐步上升，到這個時候溫度就直接往上竄上，電壓直線下降。為了研究熱失控，我們需要采用一種量熱儀，這就是一個加速的量熱儀，動力電池各種復(fù)反應(yīng)放熱的過程都可以量出來，由此可以確定每一個副反應(yīng)集合起來的溫度的上升，也可以進(jìn)行整個動力這個過程的一個模型的計算，由此我們可以在此基礎(chǔ)上對這個溫度進(jìn)行一個預(yù)測和判斷。這是過熱的原因和解決辦法，包括電池的選型和熱設(shè)計的不合理，或者外短路導(dǎo)致電池的溫度升高，或者是電纜的接頭松動等，解決辦法兩個方面，一個是電池的設(shè)計，一個是電池的管理。比如說我們可以開發(fā)來防止熱失控的材料，阻斷熱失控的反應(yīng)，比如說這就是一種新的材料，溫度到這個之后就平了，這是從材料設(shè)計的角度。另外一個，電池管理的角度，我們可以來預(yù)測不同的溫度范圍，來定義不同的安全等級。比如說在不同的階段，我們可以算出它的溫度是多少，來判斷定義不同的安全等級，來進(jìn)行分級報警，這是第一個問題。第二個問題，過充電觸發(fā)的熱失控，比如說前一階段出現(xiàn)的電動巴士的燃燒就是這個原因，這個原因最后發(fā)現(xiàn)是電池管理系統(tǒng)本身對過充電的電池管理系統(tǒng)的電路沒有功能安全，導(dǎo)致電池的BMS已經(jīng)失控，然后還在充電導(dǎo)致的。我們可以把過充電這種情況也來進(jìn)行一個試驗，可以看出在這個過程中，我們跟剛才的過熱觸發(fā)不一樣，這是過充電的倍率，20%的SOC，到60%就開始失控了?；旧鲜窃?0%到38%，這個時候負(fù)極會下降到0，鋰金屬會析出。在第二個階段，電解液在高電壓下分解，溫度加速上升，電池開始膨脹，到160%SOC的時候電池膨脹到破裂，電池的電壓內(nèi)阻快速升溫，熱失控就發(fā)生了，這是過充電導(dǎo)致的熱失控，跟剛才的熱失控機理是不完全一樣的。怎么辦，我們可以看出過充電的原因和解決辦法，首先是充電機的故障，這個可以通過充電機的完全冗余來解決。第二是電池管理的不合理，管理的不合理比如說沒有監(jiān)控每一節(jié)電池的電壓。

給大家介紹一個辦法看看如何會產(chǎn)生過充電，這是一張電池組的理論圖，橫坐標(biāo)是容量，縱坐標(biāo)是電量，電量等于容量，充滿了，綠顏色的是單體，大紅點是整個電池組的容量，其他是各個單體的容量，充放電的過程可以看出充電的時候最早有一個單體到達(dá)，放電也有一個單體最早到達(dá)，這就是最小充電電量和最小放電電量的單體，這是充電的時候最容易到達(dá)，最快到達(dá)的那個就會形成過充。就是現(xiàn)在這個小紅點就是最容易過充的，我們用這樣一張圖可以把電池系統(tǒng)基本上分清楚。我們再看看，隨著電池的老化，各個電池之間的一致性會越來越差，當(dāng)然過充就更容易發(fā)生了，還有一個問題，就是電池組的容量比單體的容量下降的更快，紅點，底下的這個就是電池組容量的下降。

所以我們必須了解這個過程，在此基礎(chǔ)上，我們要進(jìn)行整個電池組的均衡，來保持一致性電池組，這就是一個均衡的原理。大家可以看出對一個串聯(lián)的電池組，我們現(xiàn)在主要是先并后串，這是最常見的電池組組合方法，先并完以后再串，這是一個串聯(lián)的電池模塊合起來的這些小綠點就是各個單體或者并起來的大模塊。他們串起來，就是這樣的情況。我們可以看出，第一我們這是一個，這些單體把它一致性起來，最后可以得到電池組容量就是那個最小容量的單體，這是我們可以達(dá)到的最大的電池組容量，也就是說一個串聯(lián)電池組容量，它實際上最好的情況就是跟最小容量的單體一樣大的容量。有了這個一致性之后，我們?nèi)萘恳不厣?，同時過充這種情況也會防止。為了實現(xiàn)這個一致性，我們就必須對各個單體進(jìn)行容量估計，也就要有一種方法來進(jìn)行容量估計，這就是我們根據(jù)充電曲線的相似性來進(jìn)行全體電池組的狀態(tài)的估計，也既是說我們只要知道了其中一只單體的電池的曲線，其他的曲線應(yīng)該跟它是相似的，經(jīng)過曲線變化，他們可以近似重合，曲線變化的過程中間的這些差異就很容易算了，也就是說根據(jù)一個單體可以推算出其他的單體。有了這樣的方法我們就可以進(jìn)行剛才的一致性的均衡，當(dāng)然這種算法的時間過長，所以要進(jìn)行簡化。

第三種就是內(nèi)短路觸發(fā)的熱失控，比方說波音的787事件，最后找到的原因，電極和隔膜上有金屬物，有了內(nèi)短路，但是我們無法100%確認(rèn)這個熱失控是內(nèi)短路觸發(fā)的，但是它是最可能的原因，因為找不到其他原因，而且內(nèi)短路沒辦法浮現(xiàn)。內(nèi)短路是什么原因，有三種，一種是電池制造雜質(zhì)，金屬顆粒，另外是充放電膨脹的收縮，還有析鋰。內(nèi)短路是緩慢發(fā)生的，時間非常長，而且你不知道它什么時候會出現(xiàn)熱失控。而且這個試驗也是無法重復(fù)的，現(xiàn)在我們還沒有找到能夠重復(fù)由雜質(zhì)引起的內(nèi)短路的過程，目前全世界都在研究這個問題。要解決這個問題，第一個方面是電池的選擇和電池單體容量的選擇，當(dāng)然你要找到好的電池廠商，它的品質(zhì)要好；第二個是內(nèi)短路的安全預(yù)測，我們在沒有發(fā)生熱失控之前，要找到有內(nèi)短路的單體。我們必須要找到它的特征參數(shù)，怎么辦呢，我們先從一致性著手，剛才已經(jīng)提到過一致性，從一致性著手電池是不一致的，內(nèi)阻也是不一致的，我們只要找到中間有變異的單體，我們就可以把它辨別出來。怎么辨別，有一個辦法，這就是正常的一個電池的等效電路和發(fā)生了微短路的等效電路，我們把它的方程寫出來的話，方程的形式實際上是一樣的，正常單體、微短路的單體，只不過這里頭的參數(shù)發(fā)生了變化，所以我們可以對這些參數(shù)來進(jìn)行研究，它在內(nèi)短路變化中的一些特征。比方說內(nèi)短路單體的電勢差，它的內(nèi)阻跟其他單體的差異，這些都會有特征。我們根據(jù)這些特征，把這些特征辨識出來，我們要利用模型來進(jìn)行單體的辨識，因為我們可以到每個單體的電壓，每個單體的電流，這些我們都是可以測的，利用這些數(shù)據(jù)再結(jié)合模型，我們就可以把每個單體的內(nèi)阻估出來，把它的這些參數(shù)全部估出來。根據(jù)這些參數(shù)的變化，我們來判斷它的一致性是否發(fā)生了顯著性變化。第三種觸發(fā)是機械觸發(fā)，比方說碰撞，特斯拉就是這樣的，特斯拉在美國撞過好多輛車，我們清華大學(xué)跟MIT共同合作對特斯拉在美國的碰撞事故進(jìn)行過分析，這是我們分析的一些結(jié)果。如果我們在實驗室進(jìn)行碰撞的一個仿真，最接近的就是針刺，用針里來刺這個電池，這是一個三元電池的針刺的試驗結(jié)果，紅的那邊是溫度場，中間的溫度高，右邊是熱失控的過程。我們?nèi)绻銎渌?，比如說磷酸鐵鋰電池，顯然在這個過程中它就沒有三元電池那么厲害，大家可以看電池極的溫度，基本上最高溫度在120℃，可以看出不同的材料在針刺的時候反應(yīng)不一樣的，磷酸鐵鋰相對安全。所以我們到現(xiàn)在為止，仍然堅持在大客車中間主要使用磷酸鐵鋰電池，暫時還不宜大規(guī)模使用三元電池，尤其對12米大客車。再比如碳酸鋰電池，它也問題不大，不同的電池類型表現(xiàn)情況是不一樣的。