日產(chǎn)Leaf為什么不起火?

“電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化”的疊加融合、相互賦能，推動(dòng)著汽車產(chǎn)業(yè)迎來百年未有的大變革。

在這場變革中，電動(dòng)化是第一步。就在剛結(jié)束的2019世界新能源汽車大會(huì)上，全球汽車產(chǎn)業(yè)主要相關(guān)方達(dá)成了博鰲共識(shí)：力爭到2035年全球新能源汽車的市場份額達(dá)到50%，全球汽車產(chǎn)業(yè)基本實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化轉(zhuǎn)型。

要實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，從動(dòng)力電池的角度來看，信心與挑戰(zhàn)共存，一方面，包括能量密度、壽命、快充、低溫等核心性能指標(biāo)正在被逐個(gè)攻破，足以支撐起電動(dòng)車性能超越傳統(tǒng)車。

但硬幣的另一面是，頻繁發(fā)生的電動(dòng)汽車安全事故，已經(jīng)成為電動(dòng)汽車走向市場化的“阿克琉斯之踵”，2019年以來，包括蔚來、特斯拉等明星車企頻繁發(fā)生的電動(dòng)汽車安全事故引發(fā)了消費(fèi)者的恐慌與擔(dān)憂。

“安全事故已經(jīng)成為當(dāng)前新能源汽車發(fā)展的致命隱患，必須盡快解決?！?/p>

中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)歐陽明高教授表示，長期來看，安全既是影響電動(dòng)汽車可持續(xù)發(fā)展的生命線，也是市場競爭和品牌塑造的一個(gè)主旋律。新一代電動(dòng)汽車不是靠動(dòng)力性，而是要靠安全性。誰安全可靠，讓用戶放心，誰將來才能贏得客戶。

他山之石，可以攻玉。在2019世界新能源汽車大會(huì)上，包括歐陽明高、寧德時(shí)代董事長曾毓群等在內(nèi)的多位學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界領(lǐng)袖都提將日產(chǎn)Leaf車型作為電動(dòng)汽車安全的典型案例被多次提及，并呼吁產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)學(xué)習(xí)借鑒其在安全設(shè)計(jì)和防范上的經(jīng)驗(yàn)。

被當(dāng)做標(biāo)本被反復(fù)提及，這與日產(chǎn)Leaf推出9年來在全球打造的零安全事故記錄密不可分。

日產(chǎn)汽車副社長坂本秀行在大會(huì)上介紹，截至目前，日產(chǎn)Leaf全世界賣了41.5萬臺(tái)，單臺(tái)車有288個(gè)電芯，單車裝載電量60kWh，加在一起超過8000萬個(gè)電芯，目前保持了零事故的記錄。

日產(chǎn)汽車副社長坂本秀行

電動(dòng)汽車領(lǐng)域資深從業(yè)者朱玉龍也證實(shí)了坂本秀行的介紹，他曾專門檢索統(tǒng)計(jì)過日產(chǎn)Leaf的安全事故，在公開的檢索中的三起事故中，主要都是外部因素（地震、山火、充電樁起火）引發(fā)，但即便是在如此劇烈的外部環(huán)境下，其動(dòng)力電池系統(tǒng)都沒有出現(xiàn)燃燒起火。

零事故背后，是日產(chǎn)及其動(dòng)力電池供應(yīng)商對(duì)于在安全上的出色把控。

坂本秀行坦言，日產(chǎn)在經(jīng)過了長時(shí)間的電池研究之后發(fā)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)電池能量密度的提升其實(shí)并沒有那么難，難點(diǎn)在于保障電池的安全性，這也是日產(chǎn)開發(fā)電動(dòng)汽車時(shí)最為重視的一點(diǎn)。

2007年，日產(chǎn)汽車與NEC集團(tuán)成立合資公司AESC，主要目的就是結(jié)合電動(dòng)化的開發(fā)需求，將NEC的電芯技術(shù)以合資的方式快速導(dǎo)入到電動(dòng)汽車上，而日產(chǎn)Leaf所使用的動(dòng)力電池，正是 AESC所設(shè)計(jì)和開發(fā)。2019年4年，遠(yuǎn)景集團(tuán)宣布完成收購AESC，并基于AESC原有團(tuán)隊(duì)和體系成立了遠(yuǎn)景AESC。

坂本秀行在大會(huì)接受群訪時(shí)也回應(yīng)，Leaf上所采用的遠(yuǎn)景AESC電池，除了在構(gòu)造上與其他的電池有顯著差異之外，還擁有在發(fā)生高強(qiáng)度劇烈撞擊時(shí)的自我處理機(jī)制，以及防止劣化方面的特殊設(shè)計(jì)。

高工鋰電獲悉，日產(chǎn)Leaf所使用的電池，其在電芯、模組、BMS、Pack、整車等各個(gè)層級(jí)的設(shè)計(jì)中，都針對(duì)可能發(fā)生的安全風(fēng)險(xiǎn)，做了系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)和防范。

坂本秀行介紹，動(dòng)力鋰電池安全防范最重要的三點(diǎn)分別是：如何設(shè)計(jì)電池包；如何控制電池本身的散熱；如何設(shè)計(jì)失效管理系統(tǒng)以應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況。圍繞這三點(diǎn)，日產(chǎn)汽車和遠(yuǎn)景AESC共同進(jìn)行了針對(duì)性的開發(fā)。

電池包的整體設(shè)計(jì)涵蓋了電芯、模組、pack三個(gè)層級(jí)。在電芯環(huán)節(jié)，首先是確?；瘜W(xué)穩(wěn)定性，要選擇穩(wěn)定的材料，并通過上千次的各類評(píng)估來測試它的穩(wěn)定性，例如過充、振動(dòng)、熱沖擊、甚至針刺等等。

坂本秀行介紹，從電芯角度看，液態(tài)電解質(zhì)和電池正負(fù)極材料的選擇非常關(guān)鍵。同時(shí)，電芯內(nèi)部的短路與隔膜材料的選擇緊密相關(guān)，因此，遠(yuǎn)景AESC在電芯內(nèi)部材料上都做了特殊的設(shè)計(jì)。

在模組和Pack環(huán)節(jié)，通過結(jié)構(gòu)來保護(hù)電芯免受到?jīng)_擊。這包括了整體外殼ip67保護(hù)設(shè)計(jì)、自然風(fēng)冷散熱系統(tǒng)、分離式充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、利用熱傳導(dǎo)使整個(gè)車身都變成電池散熱體等，同時(shí)，其還充分考慮了FMEA，確保設(shè)計(jì)留安全余量。

值得注意的是，在Pack環(huán)節(jié)，除了物理上的保護(hù)措施，關(guān)鍵是要通過BMS對(duì)電芯模組進(jìn)行故障診斷，監(jiān)測異常發(fā)生，并預(yù)測可能出現(xiàn)的問題，從而通過斷電來阻止問題發(fā)生。

高工鋰電注意到，在BMS環(huán)節(jié)的保護(hù)策略上，Leaf可以說是整個(gè)行業(yè)的先行者，其通過一類/二類/三類故障的定義來對(duì)BMS檢測到的故障進(jìn)行分類。整體思路是，從行車的限制、充電的限制和故障顯示三方面來分成四種不同的故障模式。

根據(jù)監(jiān)測到的不同情況，日產(chǎn)Leaf上的BMS會(huì)以不同的形式來對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù)，這包括從動(dòng)力源頭切斷任何充電和放電的過程，主要響應(yīng)比較高等級(jí)的故障；考慮電池的故障在一定范圍內(nèi)之類，限制電機(jī)輸出功率，在充電模式下充電停止（阻止了能量回收）；限制電池包的輸入和輸出功率。

基于BMS安全保護(hù)策略而建立的電池包失效安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，讓Leaf在使用中明確了電池使用安全邊界，并可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警，從而避免了熱失控發(fā)生，并起到了失效防護(hù)的作用。

根據(jù)歐陽明高團(tuán)隊(duì)對(duì)于動(dòng)力電池?zé)崾Э氐恼T因分析，一是由于機(jī)械變形、擠壓、撕裂，隔膜破裂、極端過熱等各種原因?qū)е碌膬?nèi)短路。這需要從上述系統(tǒng)本身安全性和材料體系的角度，進(jìn)行單體電池?zé)岚踩O(shè)計(jì)。二是過充、快充、老化電池、低溫充電等導(dǎo)致的析鋰，針對(duì)后者，則需要通過對(duì)于充電算法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

而在充電算法上，日產(chǎn)Leaf同樣做了大量的數(shù)據(jù)積累和實(shí)驗(yàn)，歐陽明高就介紹，其團(tuán)隊(duì)和日產(chǎn)在充電的算法上有合作，其充電算法是基于大量數(shù)據(jù)MAP圖進(jìn)行，通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐，使充電算法能夠考慮各種各樣的影響因素，這使得其避免了很多熱失控問題。

日產(chǎn)Leaf的充電安全管理也設(shè)置在BMS系統(tǒng)里，可以在充分理解及大量測試結(jié)果的支持下，定義明確清晰的充電電流電壓邊界，以此管控整個(gè)充電過程，保障充電的安全。

要最終達(dá)到電動(dòng)汽車的安全，僅靠在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)上的投入還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還需要在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)做好把關(guān)。

可供參考的一組數(shù)據(jù)是，國家市場監(jiān)督管理總局介紹，截至2019年5月，國內(nèi)新能源汽車共召回12.3萬輛。其中由于三電系統(tǒng)故障導(dǎo)致的召回占比為50%，在這之中設(shè)計(jì)原因占到40%，生產(chǎn)制造原因占到60%。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)得再好，但是要穩(wěn)定、高質(zhì)量生產(chǎn)這又是另一回事，這就要求核心零部件企業(yè)需要有較高的工程能力，這里的工程能力是指生產(chǎn)制造和質(zhì)量體系。

針對(duì)作為電動(dòng)汽車心臟的動(dòng)力電池的生產(chǎn)，高工鋰電向日產(chǎn)Leaf的動(dòng)力電池供應(yīng)商遠(yuǎn)景AESC做了深入調(diào)研，詳細(xì)了解了其在生產(chǎn)制造和質(zhì)量體系的建立上如何實(shí)現(xiàn)安全把控。

遠(yuǎn)景AESC介紹，除了在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上下功夫之外，在工程能力的積累也是保證日產(chǎn)Leaf零事故的重要原因。

“AESC的安全體現(xiàn)在它的工程能力與質(zhì)量控制能力，因?yàn)槊撎ビ谡噺S，擁有整車多年積累的工程能力，因此，我們一直嚴(yán)格遵循汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，在滿足汽車行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)的前提下（IATF16949和VDA標(biāo)準(zhǔn)），AESC還針對(duì)動(dòng)力電池設(shè)定了更為嚴(yán)苛的控制體系?！?/p>

遠(yuǎn)景AESC負(fù)責(zé)人向高工鋰電介紹，其從項(xiàng)目管理控制，供應(yīng)商控制，來料控制，生產(chǎn)過程控制和客戶和市場端質(zhì)量控制都有著嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)和控制監(jiān)督體系。

而在AESC被遠(yuǎn)景集團(tuán)收購后，同樣將這種嚴(yán)苛的工程及制造標(biāo)準(zhǔn)體系得到延續(xù)，依托于此前AESC的日本核心團(tuán)隊(duì)，在位于無錫江陰的中國工廠里，其整個(gè)生產(chǎn)制造和質(zhì)量體系也在快速建立。

以生產(chǎn)過程為例，遠(yuǎn)景AESC做到了770多項(xiàng)的質(zhì)量監(jiān)控，每一個(gè)項(xiàng)目都是在一套PDCA循環(huán)中開展的。這意味著每一個(gè)控制項(xiàng)目都有一個(gè)團(tuán)隊(duì)在后面進(jìn)行計(jì)劃執(zhí)行監(jiān)控和控制。

此外，從電芯到模組再到電池包，遠(yuǎn)景AESC共設(shè)置了45個(gè)萬數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。僅電芯制造層面，每一塊電芯就具備超過2千個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。海量的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)形成了遠(yuǎn)景AESC獨(dú)有的可追溯管理系統(tǒng)，這套系統(tǒng)收集并監(jiān)控大量工藝及電池狀態(tài)參數(shù)。

這些數(shù)據(jù)和其從前端客戶那里收集到的數(shù)據(jù)形成一個(gè)閉環(huán)，這樣可以幫助電池設(shè)計(jì)留更精準(zhǔn)的余域，遠(yuǎn)離安全極限狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上制定更為精準(zhǔn)的BMS控制策略。

在標(biāo)準(zhǔn)化制造上，遠(yuǎn)景AESC于2010年建廠之初就實(shí)現(xiàn)完全標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)營生產(chǎn)，在2012年，遠(yuǎn)景AESC將這套技術(shù)和生產(chǎn)流程轉(zhuǎn)移至海外，在美國、英國設(shè)立電池生產(chǎn)基地，保證生產(chǎn)出相同品質(zhì)、相同產(chǎn)品性能的電池產(chǎn)品。

在供應(yīng)商選擇及采購環(huán)節(jié)，遠(yuǎn)景AESC也始終將安全和質(zhì)量放到第一位，而沒有一味追求成本，對(duì)此，其思路是，過度追求成本可能反倒會(huì)帶來巨大的成本投入。

以此次蔚來召回為例，共召回電動(dòng)汽車4803輛，根據(jù)行業(yè)平均值來算，其單車電池成本可能在8——9萬元，這意味著，僅在動(dòng)力電池方面的花費(fèi)預(yù)計(jì)在3.84億元以上，再加上其他費(fèi)用，業(yè)內(nèi)保守估計(jì)，此次召回整體成本將超過5億元。

而更為巨大的損失是召回帶來的品牌影響，遠(yuǎn)景AESC上述負(fù)責(zé)人坦言，配套日產(chǎn)Leaf8000萬個(gè)電芯零安全事故其實(shí)也是一種品牌價(jià)值，遠(yuǎn)景AESC的愿景之一就是，繼續(xù)延續(xù)在動(dòng)力電池零安全事故，助力除了Leaf之外的更多品牌電動(dòng)汽車實(shí)現(xiàn)“極致安全”。