投资新能源会有风险吗?
现在新能源行业非常火爆,无论是去年还是过去这一波行情,都超级火爆,很多公司又被拉出来狠狠的炒作了一波,很多公司价格真不算便宜,甚至按当下业绩增速看,都已经透支了未来几年的业绩了。 如果不管不顾冲进去,有可能要被套一阵子。
不过这个风险,并不算太严重。一方面,估值本来就是非常困难的事情,而很多人所谓的太贵,其实就是看市盈率或者市净率高低,特别是市盈率。但其实市盈率并不能很好的评估成长股是贵还是便宜。
行业中一定会出现很多公司去蹭新能源概念的,比如随便购买一点垃圾资产就说自己也是新能源公司了,或者向新能源行业转型。
在行情火热的时候,对此市场一定了先炒了再说,管它死后洪水滔天。 对此类并非新能源行业的公司,或者没有真正受益于新能源行业大发展的概念股,风险就是比较大的。
鬼知道它们现在吹的泡泡后面能不能成为现实,而且从生活经验来看,最终能把吹的牛实现的公司一定是极少数。
现在全球逐渐迎来光伏和风电的平价上网时代,未来的发展会持续加速,而中国具备完整的光伏产业链,甚至在绝大多数行业里都是垄断性的,光伏行业的发展速度越快,中国就越受益。
新能源汽车也是如此,汽车本来就是十万亿级别的产业,几乎所有的发达国家都离不开强有力的汽车工业,此前中国由于发展历史比较短,尤其是内燃机技术不够强,导致汽车工业一直比较弱,尤其在高端汽车领域,完全是被吊打的存在。
但在新能源汽车领域,中国汽车工业第一次站在比较领先的位置,不仅建立了完善的新能源汽车产业链,而且还诞生了一批具有很强竞争力的汽车整车厂商。
相反欧日韩等传统燃油汽车强国,竞争颓势却越发凸显,按这样的趋势下去,新能源汽车领域,中国完全有可能复制中国手机的传奇,席卷全球。
在新能源这样的明牌大机会之下,踏空才是最大的风险!
新能源风险较大。军工板块与新能源新能源风险更大。军工板块走势,可谓是一枝独秀,逆势上涨,而且幅度不小。对于军工板块,小编还是比较看好的,如果是长线布局,当前位置入场布局没有任何问题。但如果是短线操作,则要控制节奏,今日军工板块反弹,很大程度是板块快速轮动的结果,能否在下方形成支撑,形成反弹趋势,需要时间考验,特别是在技术面。当然,军工板块在当前市场不确定性因素较大背景下,还是很有利的,适合逢低加仓。
随着新能源企业经营发展中内外部环境的不断变化,企业财务风险成因也越来越复杂,想要有效识别出潜在的风险隐患,必须要提高财务风险识别能力,优化财务管理机制。一旦发生财务风险,随之而来的便会是经济损失。为了预防和控制财务风险的发生,不仅要抓好企业财务风险的识别,还要根据企业的实际运营情况制定风险应对策略,有效遏制新能源企业财务风险的发生,帮助企业尽可能避免经济损失。
一、新能源企业财务风险特点
与传统能源领域相比较,新能源企业要求把更多的资源投向技术改进与创新领域,而对固定资产设施投资要求较低。在新能源企业中,特别是处于成长阶段的新能源企业,电力设备、仪表等有形资产投资一直处于重要地位。专利技术、商业秘密等无形资产投资对企业未来发展起着引领和支撑作用。因此,无形资产和固定资产在新能源企业总资产中的比例应当保持平衡。此外,新能源企业的高科技属性也要求企业重视人力资本投资,为企业发展奠定知识基础。由此可见,不论是无形资产投资,还是人力资本投资,都要求新能源企业弱化固定资产投资需求而保证企业相对较高的资产流动性。
新能源企业较低的融资能力和抗风险能力要求弱化固定资产投资企业进行投资,不仅要考虑行业属性还要关注企业发展阶段特征。在中国,绝大多数新能源企业都处于成长阶段,普遍存在融资能力差和抗风险能力弱两大问题。就融资能力差而言,处于成长阶段的新能源企业很难获得大额、长期资金支持,而只能得到中小资金的短期支持,企业规模小且盈利状况不佳,对外界变化比较敏感,抵抗风险能力较弱。
二、新能源企业主要财务风险识别
(一)融资风险
公司偿付能力的强弱可以衡量公司融资的风险。通过分析新能源公司的偿付能力,识别新能源公司融资的风险。公司以资产偿还债务的速度越快,短期偿债能力保证系数越高,表明公司具有较强的短期偿债能力。可以选择股权比率等指标来衡量公司的长期偿债能力,该指标可以衡量公司的长期偿债能力,反映公司的总资产结构,股权比率越高,公司的财务风险越大。
(二)投资风险
投资商业项目的风险有很多产生原因。特别是新能源企业技术更新速度快,盲目追求技术创新,投资后技术收益转化率低,企业经营难度大,难以持续毛利润率和净利润率可用于评估公司的盈利能力。在项目可行性分析阶段,公司关注技术可行性研究,而不是经济可行性论证。做出错误的投资决策。
(三)资本回收风险
企业资金回收风险的出现受到内外部因素的影响。在国家财政和金融恶化的时期,整个市场将疲软,产品对外销售将非常困难,公司之间的贷款和相互担保现象严重,公司的管理和决策水平是影响公司资金回收风险的内部因素,该内部风险因素可由公司控制和调整。只有制定相应的风险和管理控制措施,公司才能增加销售额,进一步削弱资本回收的风险。
(四)收入分配风险
收益分配风险基本上也可以称为融资风险的分支,其特征与融资风险有些相似,包括难以按时筹集投资资金的风险降低企业偿付能力风险股价下跌将影响企业再融资的风险它降低了员工参与和热情的风险。
(五)核算与管理风险
在风电、光伏项目建设过程中,重点关注项目成本的过程和主要资金来源,并及时检查财务风险评估和资金投放方式,有明确的备案记录。在基础设施方面。在审计过程中,往往容易对工程的完成日期和意外情况造成成本损失。如果投资回报不能纳入项目资产核算,会导致项目资金影响不可控。收集相关的原材料、劳动力支出和生产能力以及各地区的销售状况会对资产表现和生产的运营控制模式产生影响。部分生产部门未根据业务经营特点和市场需求制定详细的财务控制措施。资金的低效使用也间接导致生产综合效率的降低。当成本预算与企业的每一项业务挂钩计算成本时,数据容易泄露,在一定程度上降低了财务报表的真实性。
三、财务风险的主要成因分析
(一)产业政策变化
2021年,国家主管部门先后发布了《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》等相关政策文件。建立新能源体系,发展可再生能源。“智能、储能和新能源”战略目标提出的政策与宏观经济政策和国家能源政策密切相关。未来,公司可能面临国家可能不得不调整与宏观调控有关的产业政策的风险,这将对公司的业务发展产生负面影响。
(二)市场竞争加剧
2020年,受新冠疫情影响,所有生活方式都面临重大挑战,现阶段新能源公司的主要产品是智能电表、能耗信息管理系统、终端产品、太阳能电池组件和综合能源服务。在智能部门的产品中,市场竞争激烈。未来,电能表、风能项目、光伏项目、能源管理系统和终端产品将呈现加速智能化发展的趋势。综合能源服务业正处于工业发展的初级阶段。除了大量能源经济服务公司的竞争外,转型中还有大型上市企业和央企的联合,行业竞争十分激烈。
(三)财务人员素质不足
财务经理没有足够的知识储备,如心理学、司法学、金融学和外语。在财务活动中,横向知识储备决定了企业会计经理的适应性,缺乏对新兴事物的学习。许多财务官员不仅缺乏工作能力,而且拒绝接受光伏、风能和其他商业知识的学习和统计。他们对公司没有责任感,在工作中没有专业精神,在面对任务时往往敷衍了事。因此,它们往往导致公司出现故障,损害公司的正常发展。
(四)技术革新加快
随着人工智能和国家支持的战略“互联网+”等新技术的不断更新,新能源项目建设中对新技术的需求正变得越来越大。技术创新促进了新能源产业的发展,技术投资比重较大。如果投资失败,公司将损失惨重。许多公司依靠国外先进的技术和设备生产,这也制约了贝尼诺的发展和中国新能源公司的进步。由于新能源技术的不发达和对国外技术的依赖,加上疫情背景下以美国为首的国家对中国技术的限制,新能源行业建设周期长,导致新能源建设项目往往面临项目和工艺流程延误的风险,无法形成自身竞争力,将面临巨大的财务风险。
(五)海外新能源市场的经营环境
2020年新冠肺炎疫情暴发,对人员流动和物资运输产生了一定影响,进而对新能源企业的正常生产产生了一定影响,特别是境外疫情的持续对境外业务的拓展产生了一定的影响,如果未来的全球疫情不能得到有效控制或消除,全球经济一体化的影响将对未来的企业生产经营产生负面影响。
随着国际业务的拓展和众多国家新能源公司参与外部市场,价格竞争趋于激烈,同时国外客户需求复杂度高,研发投入大。目前,新冠疫情海外发展态势仍不明朗,公司面临政治、疫情、汇率风险、东道国税收政策不稳定等诸多因素,在电子元件和其他原材料方面,全球市场供应链紧张,这是项目风险控制的主要挑战。这可能会对新能源公司产品的生产和调度以及整个行业下游项目的启动产生一定影响。
三、新能源企业财务风险的防范对策
财务风险应对策略就是针对风险的因素和风险的大小,制定合理的对策,降低存在的风险。财务风险规避方法包括风险防范法、风险分散法、风险规避法、风险转移法和风险保留法。事实上,财务风险控制应该从财务风险分析的结果开始,并找到风险的根本原因,形成最佳呈现管理战略并有效降低风险和预防危机的风险对策手册。
(一)积极应对外部经济环境变化
新能源公司应监测宏观经济趋势,加强对国家宏观经济政策和工业发展趋势的监测,加强决策者预测和评估经济形势和政治变化的能力。根据全球光伏产业的发展,持续进行产业规划和调整,进一步加大投资力度、盈利模式和筹资力度,创新商业模式,促进公司持续、稳定、健康发展,从技术创新、合同、财务管理等方面最大限度地降低各项成本,成本控制和专业管理。
新能源企业应积极应对行业环境变化,调整战略布局,继续以市场为导向,加强市场细分,不断拓展营销思路和渠道,创新产品营销模式,建立新的营销渠道和品牌效益,在巩固民族企业的同时积极开拓国际市场,同时加强新能源团队建设,加强与国企、央企合作,创新发展清洁能源业务,进一步加大投资力度,优化盈利模式和筹资模式,提高公司在市场上的竞争力。在继续研究和技术开发的同时,加强与大学和专业机构的合作,新技术广泛试点,紧跟行业发展趋势,加强与客户沟通,根据市场需求及时调整研发方向。
新能源公司必须严格运用各种标准化措施,预防和控制疫情。管理层必须关注国内外宏观经济和政治形势的变化,在新冠肺炎的背景下,不断提升产品竞争力和公司抗风险能力,整合内外部优势资源,提升技术创新能力,巩固产品质量,加强新兴市场和“一带一路”区域市场发展,确保公司按照年初设定的目标有序开展所有工作。
(二)完善内部财务风险体系
预防和控制新能源公司的财务风险是一个非常复杂的过程,具有可变性。通过对公司各项财务指标变化的详细分析和智能预测,建立财务风险监测预警系统,有效、及时地控制风险。财务风险监控和预警系统能够及时监控公司的风险状态。一旦发现风险,可立即发出警告,以帮助公司及时防范风险并将损失降至最低。
新能源企业必须做好内部财务风险宣传工作,定期对内部员工进行财务风险识别技能培训,提高全体员工的财务风险意识和防范能力。在识别和防范金融风险的工作中,公司领导必须发挥突出作用。企业领导必须不断提高对财务风险的认识和识别能力,为本部门其他部门和人员树立榜样,让更多人参与,为识别和应对财务风险营造良好的企业发展环境。
财务人员专业能力的增强对新能源公司规避财务风险构成了坚实的障碍。会计人员应注意资本需求和现金流控制。财务会计可供公司决策使用,从而提高会计人员的专业素质,加强项目中会计核算和日常会计核算的准确性,增加对财务报表的关注,可使财务人员对其日常工作中存在的财务风险作出严格的专业决策,并提前发现生产中存在的问题以及公司的运作。
在新能源产业中,许多企业的创新能力极强,有些企业管理层并没有及时申请专利,导致同行业竞争者竞相模仿,尤其是海外的同业竞争企业,美国对中国进行技术封锁,经济上制约,那么加强自身知识产权的保护和技术创新显得尤为重要。新能源企业创新风险的大小与创新频率呈正相关,尽管如此企业也要加大核心技术的投资力度。作为战略新兴产业的新能源产业,创新是企业发展的唯一途径,只有企业重视技术创新,其根本是重视人才,才能在激烈的竞争中获胜。因此,管理层制定的发展计划会对创新风险构成较大的影响。只有企业足够重视,创新能力较强的企业,才能更好地应对市场竞争。
根据实际发展需要和发展规划要求,新能源公司由人事行政部牵头,编制并上报人才需求计划,明确数量、专业、岗位等,人才水平和要求。人才是企业竞争的基础,使公司财务部门能够对人力资源管理部门进行一定的财务意见规划,人力资源管理部门只能利用财务管理信息分析工作部门的内容,发现问题,最终提高效率和工作能力。然后由专门的招聘部门与人力资源部合作实施人才发展计划。人事招聘部门根据上述信息确定应聘者名单、面试、体检、评估的考试及结果,并结合应聘者意愿和谈判、将谈判结果通知公司上级单位,并根据要求和建议与所提供的人才进行沟通,在公司研究和决策后,达到明确的意图并应用引进人才的程序。人才的选拔、培养、使用和保留,可以使企业发展更加稳定,研究和技术发展更加迅速,最终满足各个细分市场的需求。
总之,对于新能源公司来说,由于中国这些公司正处于发展的沉淀期,需要不断增强公司的财务管理能力,提高财务管理水平,为了让企业在开发过程中更大程度地控制因素,确保企业在开发过程中面临的风险最低。
结 语
文章主要研究了新能源企业财务风险识别的方法,财务风险的成因分析,以及财务风险应对策略,希望在目前经济大环境下背景下,这些对策能为新能源企业提供参考。
我个人认为新能源板块的投资风险要大于投资机遇,所以我们需要用洁身的态度来看待自己的投资行为。
这个道理其实非常简单,这样一个板块出现投资过热的现象之后,这个板块一定会出现相应的回调需求,同时也会出现很多个股暴跌的行情。不管我们多么看好新能源板块的发展前景。也不管这个板块的公司有多么优秀。任何事物的发展本身需要遵循周期规律。我们要知道A股的行情基本上都是被新能源板块和光伏板块带动,这两个板块的涨幅确实已经非常大了,所以这两个板块的投资机遇并不多,投资风险反而非常的大。
新能源板块的跌幅已经超过了20%。
在短短两个月之内,整个新能源板块的大盘跌幅已经超过了20%,有些个股的跌幅甚至已经达到了60%。对于投资人们来说,如果一个人选择在高位购买相关股票的话,这个人已经出现了至少20%以上的亏损情况。因为很多人之前盲目追求所谓的打板,所以新能源板块的投资风险非常大。
我认为这个板块的投资风险会大于机遇。
以我个人来看,如果一个人没有选择在低位购买新能源板块的股票的话,这个人基本上在几年之内不需要关注这个板块了。特别是当相关个股的涨幅已经非常大的时候,因为这个板块的上面会有很多套牢盘,如果想要进一步积攒势能的话,这个时间可能会长达一年到三年左右。
与此同时,因为全球范围内的经济发展情况并不好,很多国家也存在经济衰退的风险,所以我个人会更加看重现金管理,同时也会进一步减少在各个板块的投资情况,新能源板块的投资情况同样如此。
1、新能源车电安全引人担忧
近年来伴随新能源车市场的火爆, 社会 上已发生多起新能源车起火事故,电池安全渐渐成为了新能源电动 汽车 最重要的议题之一,也是各方关注的焦点。新能源 汽车 国家大数据联盟在2019年08月发布的《新能源 汽车 国家监管平台大数据安全监管成果报告》显示:2019年5月起3个月之内共发现79起安全事故,涉及96台车,情况很严重。已查明着火原因主要是电池自燃、车辆碰撞、车辆浸水、车辆不合理使用问题,它们导致了锂离子热失控。事故车辆中磷酸铁锂电池占比7%左右、三元锂离电池占比86%左右,剩余车辆电池不明。
图1 电动 汽车 起火相关案例
基于此,针对电动 汽车 的法规升级越加频繁,要求也越来越高。国标GB30381-2020《电动 汽车 用动力蓄电池安全要求》加入了电池热失控预警要求,要求车辆在热失控导致乘员舱发生危险前5min发出提示信息提示人员安全撤离,对热失控的检测以及蔓延抑制提出了紧迫而具体的要求。C-NCAP在2021年也引入了柱碰测试法规,国外机构Tesla、三洋、三星等在2014年前就电池热失控领域开展了大量研究,Tesla已申请60多份相关专利;国内机构如CATL、清华大学近几年均成立专门的技术团队研究电池安全特性;以清华大学为例,其热失控方面部分研究成果已用于宝马、戴姆勒、三星、长安、CATL等合作项目。
图2 电动 汽车 中涉及电池安全的相关标准
由于法规的升级和树立 汽车 品牌形象需要,目前国内越来越多的主机厂生产的新能源电动车也开始考虑了绝缘安全防护,如基本绝缘、外壳防护、漏电监测、手动断开等安全防护措施;除此之外,在新能源 汽车 安全开发过程中,GB 以及NCAP 工况只是基本的考核要求,为实现真正的新能源 汽车 的安全性,减小消费者对新能源车不安全的误区,我们需考虑更多的实际交通道路事故中所出现的碰撞工况,在所有测试工况下避免高压电防护失效导致的高压伤害。
图3 新能源车型电安全开发考核工况
2、动力电池简介
从系统的角度来说,电池分为化学电池、物理电池和生物电池三大类。对于我们比较熟悉的化学电池,则是按正负极材料进行分类,有铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池等车辆比较常用的动力电池。铅酸电池技术成熟、价格便宜,但其污染严重,比能量低,一般应用于大型不间断供电电源以及电动自行车;镍氢电池安全性高、耐过充过放性能好,但其比能量低、低温性能差、自放电率高,一般应用于混合电动 汽车 以及电动工具;锂离子电池相比以上2种电池具有比能量高、循环寿命长、充电功率范围宽、倍率放电性能好、污染小等优良特性,现今被电动 汽车 广泛采用,也是现今国网力推的一种电动 汽车 充电电池类型。
图4 电池分类
市场上常见的锂离子电池基本分为4类,其中磷酸铁锂电池的热稳定性最好,锰酸锂电池次优,三元锂LiNiCoMnO2电池略差,而钴酸锂电池最差。磷酸铁锂电池循环寿命长、毒副作用小、成本低廉、充放电倍率大、高温稳定性好,但一致性不好,能量密度低。锰酸锂电池成本低,毒害性较低,但热稳定性差,循环寿命短,应用较少。三元锂(LiMn2O4)电池能量密度高,但大功率充放电后温度升高,高温时释放氧气,热稳定性较差,寿命较短。钴酸锂电池热稳定性最差,它的正极在高温时容易分解,加速热失控,但能量密度高,续航更出色,特斯拉 汽车 采用了这种电池。
图5 主流锂离子电池性能比较
这些种类的锂离子电池最大的区别就是正极材料的不同, 实际上正极材料是影响锂离子电池性能和成本的关键因素,目前国内新能源 汽车 动力电池应用最多的是磷酸铁锂电池和三元锂电池。
图6 磷酸铁锂刀片电池
图7 三元锂硬壳电池
图8 一般动力电池包结构形式
3、电池存在的安全风险
各种电池起火的共性原因是电池热失控,隐患总体可以分为三大类,一类是环境高温,引起电池正负极的剧烈反应,反应会向可燃的电解液中释放大量的能量,并析出氧气,导致电池膨胀、过热甚至失火;一类则是外部的物理性破坏,导致电池隔膜贯穿,正负极直接接触使得电池内短路,短时间内释放大量电能(可转换成热能),导致电池热失控;最后一类则是电池过充、过放导致的内部结构损坏,从而引发电池的热失控。
热失控(Thermal runaway)是指由于锂离子液态电池在外部高温、内部短路,电池包进水或者电池在大电流充放电各种外部和内部诱因的作用下,导致电池内部的正、负极自身发热,或者直接短路,触发“热引发”,热量无法扩散,温度逐步上升,电池中负极表面的SEI(Solid Electrolyte Interface)膜、电解液、正负极等在高温下发生一系列热失控反应(热分解) 。直到某一温度点,温度和内部压力急剧增加,电池的能量在瞬间转换成热能,形成单个电池燃烧或爆炸。引起单个电池热失控的因素很多、很复杂,但电流过大或温度过高导致的热失控占多数,下面重点介绍这种热失控的机理。
以锂离子电池为例,温度达到90 时,负极表面SEI膜开始分解。温度再次升高后,正负极之间的隔膜(PP或PE)遇高温收缩分解,正、负极直接接触,短路引起大量的热量和火花,导致温度进一步升高。热失控时,230 250 的高温导致电解液几乎完全蒸发、分解了。它含有大量易燃、易爆的有机溶剂,逐步受到热失控的影响,最终分解发生燃烧,是热失控的重要原因。电解液在燃烧同时,产生一氧化碳等有毒气体,也是重大的安全隐患。电解液如果泄漏,在外部空气中形成比重较大的蒸汽,容易在较低位置大范围扩散,这种扩散范围极易遇火源引起安全事故。清华大学的研究显示:正极中含镍越多则热稳定性越差,碳素材料的负极在寿命的前期较稳定,但是寿命衰减后变差。这从侧面说明三元锂电池的高镍比例,虽然容量更大,但会导致更大的热失控风险。
图9 热失控随温度的变化过程
4、应对电池可能存在的电池安全风险
应对电池可能存在的电池安全风险,可以从四个层级、七个维度来考虑电池的安全,四个层级指电芯、模组、电池包、整车,七个维度包括可靠连接、高压防护、机械挤压、过充、布置形式、短路和热失控,在每个维度跟层级都有对应的防护措施,全方位有效的保护电池安全。
新能源 汽车 发生冒烟起火的场景一般为车辆静置时充放电和车辆行驶中发生碰撞,下面我们基于锂离子动力电池在机械挤压这个维度来讲解下目前开展的一般研究方法,探究整车碰撞中电池包的受力形态与损伤(失效、起火、爆炸)机理。
本研究从卷芯到单体到模组再到电池包共4个层级,每个层级的研究又分为试验和仿真两个方面,通过不同加载方向、不同加载速度的试验来研究卷芯、单体和模组的各向异性和应变率效应,以及加载方向和加载速度的不同给动力电池变形行为和失效行为带来的影响,全面认识动力电池在不同载荷工况下的响应规律和内在失效机理;借助对试验结果的认知,开发能够表征其应变率效应、各向异性和失效行为的卷芯模型,并以卷芯模型为基础,逐级向上开发兼顾仿真精度和计算效率的电池单体模型和模组模型,以试验结果为参考对各仿真模型的仿真精度进行验证,为电动 汽车 电池包碰撞安全保护的开发提供虚拟仿真工具。
图10 研究总体框架
1)卷芯层级研究
卷芯是组成单体进而构成模组的基础,也是电池包里面最基本的电化学单元,了解卷芯的力学性能,及其力学失效和电化学失效之间的联系,有助于深入认识电池包在碰撞挤压载荷下的响应规律和失效机理。锂离子电池的正极材料通常以铝质集流体为基底,涂布钴酸锂(LiCoO2)、锰酸锂(LiMn2O4)和磷酸铁锂(LiFePO4)等锂离子活性物质。负极材料通常以铜质集流体为基底,涂布石墨或硅层。而隔膜则常为由聚乙烯或聚丙烯等材料制成的多孔薄膜。通过对卷芯中的正极复合体、铝箔、隔膜、负极复合体、铜箔等进行拉伸、压缩、穿孔试验,得到相应材料的材料卡片,为卷芯的精细化建模搭好基础。
图11 卷芯组分研究流程图 研究总体框架
2)单体层级研究
电池单体是向下集成卷芯、向上构成模组的结构,每一个单体都是一个可以独立工作的电化学集合体。目前车用锂离子动力电池单体,通常采用卷绕或叠片式卷芯(交替布置的正负电极和电极间的隔膜)和液态电解质,用金属外壳封装成圆柱形(a)或方形硬壳电池(b),或用镀金属塑料膜封装为软包电池(c)单体层级研究。
图12 (a) 圆柱形硬壳电池单体 (b) 方形硬壳电池单体
(c) 软包电池单体
为了全面了解电池单体在碰撞挤压载荷下的响应规律和失效机理,研究同样对单体进行了不同加载方向和不同加载速度的挤压试验。
图13 (a)Z向圆柱挤压 (b) Y向圆柱挤压 (c) X向圆柱挤压
(d) Z向球头挤压 (e) Z向锥面挤压
通过实验,可以得到对应的力-位移-电压曲线,结合对样件电镜扫描结果,来研究响应规律和失效机理,和建立了单体的有限元模型。
图14 某工况下单体力-位移-电压曲线
对于电池单体,我们通过多种方向和多种不同的加载速度的组合试验对其力电响应进行了测试,可以发现,单体也有着明显的各向异性和应变率效应。其次,单体的短路行为也具有明显的各向异性,相比于Y向和X向,Z向是单体最容易发生短路失效的挤压方向。借助对试验结果的认知,开发能够表征其应变率效应、各向异性和失效行为且兼顾仿真精度和计算效率的单体模型。
图15 单体有限元模型
3)模组层级研究
模组是将一个以上电池单体按照串联、并联或串并联方式组合,并作为电源使用的组合体。其研究方法与单体基本一致,但由于其结构比单体更加复杂多元,研究中需要考虑多种失效形式,包括单体之间的粘胶,壳体撕裂,端板断裂的现象。
图16 模组测试系统
图17 模组试验形式及样件变形情况
通过研究发现,相比单体内短路(卷芯断裂)压降失效而言,模组试验中更多的是由于结构失稳或外部侵入而发生的外短路;由于蓝膜、胶层和铝合金在冲击下韧性明显下降,更易发生失效破坏,而这些失效形式是导致模组发生外短路的关键因素,进而使得模组压降对应的力和位移的响应在准静态和存在较大差异。
图18 某工况下单体力-位移-电压曲线
通过模组多工况试验标定,建立模组有限元模型。
图19 模组有限元模型
4)电池包层级研究
通过对锂离子从卷芯到单体到模组的研究,对电池本身具备充分的了解,包括电池在冲击下的变形和失效规律,内部损伤发生的历程和机理,在发生严重损伤前所能承受的载荷、变形、能量等的最大限度,以及损伤发生过程中机电热的相互耦合和作用关系等。基于仿真模型,便可以开展多工况下电池包层级的研究与对标工作。
图20 电池包系统多工况研究
在新能源 汽车 安全开发过程中,电池包作为更加复杂的系统,不同的试验工况下,会有多种不同的失效形式,其产生的原因和所造成的危害也不尽相同。
图21 常见的动力电池失效形式
5、结语
锂离子电池凭借其能量密度大、循环寿命长、充电效率高等优点,被广泛应用于纯电动或混合动力 汽车 的储能系统。然而,锂离子电池在能量密度迅速增长的同时,对于整车的安全性设计又提出了新的挑战。特别是在经受复杂且严峻的碰撞工况时,为最大程度地发挥电池系统防护结构的作用,最大限度地在碰撞防护和轻量化设计之间寻求平衡,必须首先深入研究锂离子电池的机械性质和碰撞安全性,不但能够对新能源车辆设计和制造提出指导性的建议,也有利于新能源车辆的后期维护和事故处理等工作的进行。
为解决电池单体在机械加载下的力学响应与损伤行为预测问题,开发预测电池包力学响应和失效行为的工具,最终服务于电动 汽车 碰撞安全设计,第一阶段针对典型的车用动力电池开展了从卷芯到单体再到模组共三个层次,逐步深入的研究。每个层次的研究又分为试验和仿真两个方面,通过不同加载方向、不同加载速度的试验来研究卷芯、单体和模组的各向异性和应变率效应,以及加载方向和加载速度的不同给动力电池变形行为和失效行为带来的影响,全面认识动力电池在不同载荷工况下的响应规律和内在失效机理;借助对试验结果的认知,开发能够表征其应变率效应、各向异性和失效行为的卷芯模型,并以卷芯模型为基础,逐级向上开发兼顾仿真精度和计算效率的电池单体模型和模组模型,以试验结果为参考对各仿真模型的仿真精度进行验证,为电动 汽车 电池包碰撞安全保护的开发提供虚拟仿真工具。
新能源汽车的安全问题是消费者最关心的问题之一,也是新能源汽车整个产业链的基础。那么,目前我国新能源汽车的安全状况如何,如何不断提高安全性?
vvv电机、动力电池和电控系统被称为新能源汽车的三大核心部件。三大动力系统是新能源汽车的核心,一旦出现故障,将导致非常严重的安全问题。
电机故障会导致动力损失,进而引发交通事故;电池故障会导致短路、火灾等事故,影响公共安全;电控系统故障会导致车辆不能正常执行操作指令,在车辆行驶过程中会造成严重的安全隐患。电池、电控、电机是新能源汽车的核心三电系统,大多数火灾事故主要是由三电系统故障引起的。
为什么三电车辆会成为事故的 "罪魁祸首"?原因在于,在汽车产品空间有限的前提下,车辆的质量需要不断降低。提高车辆续航能力的重要途径之一就是提高电池的能量密度。为了进一步从技术上找到动力电池热失控现象的原理,吉林大学进行了一系列的研究和分析,发现过度充电、低温和高温环境都会对动力电池造成一定程度的损害,导致热失控,出现安全事故。
近年来,新能源汽车的兴起还处于上升阶段,整体实力必然无法完全与传承数百年的燃油车抗衡,更不可能涵盖传统汽车发展的方方面面。据统计,目前电动车用户面临着三大问题,这在一定程度上影响了使用者的用户体验。
众所周知,电动车的电池性能下降仍然是一个不可避免的问题。以移动电话为例。一部新手机在充满电的情况下可以使用两天,但用户在一年后往往需要每天给手机充电。在电动汽车中,大型电源组的工作方式与手机电池略有不同,但不能保证性能不会随着时间的推移而退化。
现在,纯电动汽车仍然面临故障率高、续航能力衰减快等问题。但厂家不可能将这些隐性信息公之于众,所以用户在实际使用中容易失望。