杨续来:动力电池的安全性不等于新能源汽车的安全性

发布日期:2019-08-23
核心提示:伴随多起电动汽车自燃事件,公众对新能源电动汽车的安全引发了广泛关注,这个夏天网易汽车严选EV希望站在科普角度为大家提供通俗
 伴随多起电动汽车自燃事件,公众对新能源电动汽车的安全引发了广泛关注,这个夏天网易汽车严选EV希望站在科普角度为大家提供通俗易懂的电池安全系列报道。
 
本文作者为严选EV特邀撰稿人、合肥国轩高科动力能源有限公司工程研究院副院长杨续来。
 
据国家市场监督管理总局质量发展局统计,截至2019年5月,国内新能源汽车共召回12.3万辆。其中由于三电系统故障导致的召回占比为50%,在这之中设计原因占到40%,制造原因占到60%。由于制动系统缺陷导致的召回,占总召回量40%,这全都由制造原因造成。此前,特斯拉起火以及蔚来汽车的大批量召回,将电动车安全问题推到风口浪尖,目前国内新能源汽车年产销已经突破百万辆,然而在这新媒体时代,一篇篇吸引眼球的新闻报道让这新能源汽车的“火”影响了市场对新能源汽车的热情。但是当前智能化、电动化和网联化的大趋势下,新能源汽车的发展已势不可挡,全球汽车产业主要相关方在2019世界新能源汽车大会上发布的博鳌共识提出:力争到2035年,全球新能源汽车的市场份额达到50%,全球汽车产业基本实现电动化转型。基于此,笔者作为长期奋战的新能源汽车动力电池研发与制造一线的工作者,在此对新能源汽车的安全发展问题提出一些自己的观点。
 
一、发展新能源汽车是行业大势所趋
 
1、能源安全及环保需要, 众所周知,我国的能源现状是“富煤贫油少气”。自2015年开始,我国的石油进口依存度已经超过60%,大约55%左右的石油流向了汽车行业。相比之下,美国石油储量在2016年已经达到世界第一,为2640亿桶,仅德州的储量便超过中国全国,基于此,美国总统特朗普有底气宣布退出全球巴黎气候协议,并废除了“清洁能源计划”。因此,发展和利用新能源和可再生能源,降低石油对外依存度,将是我国实现能源转型的根本出路。另一方面,据2014年北京市环保局对北京大气细颗粒物(PM2.5)来源的解析结果显示,机动车、燃煤、工业生产、扬尘成为北京市大气细颗粒物(PM2.5)的主要来源,其中机动车占本地污染源31%以上。这主要是因为,当前占汽车主流的内燃机汽车行驶过程中,尾气排放存在随意性,无法实现集中处理,给环境治理带来巨大挑战。因此,要从根本上解决汽车尾气带来的环境问题,就必须大力发展清洁能源汽车。在节能减排方面,尽管我国目前的的发电结构主要还是依靠火力发电,但在污染治理方面火力发电的集中式环保治理模式优于现有燃油车的分散式治理模式;同时电动汽车使用电能的能量转化效率远高于传统汽车将石油转化为动能的能量转化效率。尽管电动汽车生命周期内的环保备受争议,但电动汽车使用清洁的电能作为动力来源,完全可以实现节能、减排的效果。
 
2、出行方式变革的结果, 高铁技术的突破使我国具有发展电动汽车的天然优势。在出行方式结构方面,当前行业普遍认为: 600 km以上出行以飞机为主,200-600 km之间搭乘高铁居多,200 km以内则以汽车出行为主。根据美国National Household Travel Survey的统计,美国人一年平均要开15000英里,其中工作日平均开40-50英里(合64-80km)。现有电动汽车的发展水平,续航200 km已经是比较成熟的技术,可以满足90%以上用车人群的日常使用需求。
 
3、智能化网联化需要, 未来的汽车将不仅仅是一交通工具,更多的是一个便利的移动终端。电动汽车将是自动驾驶、5G技术推广等重要载体,有效的推动智能化和网联化技术的进步。
 
二、进一步提升新能源汽车的技术水平
 
新能源汽车国家大数据联盟依据新能源汽车国家监测与管理平台的新能源汽车实时运行监测数据(2017年4月-2018年3月期间数据),对新能源汽车安全运行中所涉及的故障项目的20项数据进行了系统分析,主要包括三方面:一是与重要部件相关,如动力电池的SOC跳变、一致性差、车载储能装置电压异常、极柱温度过高、电机及电机控制器温度异常等;二是与充电相关,如充电系统不匹配,SOC过高等;三是整车方面的故障,如 DC-DC 状态或温度报警、高压互锁状态报警、绝缘报警、制动系统报警等,以期利用大数据的思维方式对新能源汽车运行中的故障进行总结,对技术短板提出了明确的方向,对行业发展形成建设性建议。可以看出,影响新能源汽车品质的因素很多,动力电池技术水平问题不等同于新能源汽车安全技术问题。
 
中国汽车工程研究院董事长李开国在2019世界新能源汽车大会上谈道,目前新能源汽车安全事故主要有5个场景,分别是“充电自燃、行驶自燃、碰撞自燃、浸泡自燃、停车自燃”,其中充电自燃与停车自燃占比最高。在自燃事故中,大部分事故车辆都是2016年左右生产的NCM523三元材料体系。可见,我国在汽车电动化的初期之所以选择磷酸铁锂路线,主要是基于磷酸铁锂电池的高安全性。随着市场对长续航里程、高能量密度的追逐,三元电池逐渐成为热捧对象,但三元电池受三元材料本身固有的安全属性,材料分解后产能氧气,起火后很难控制,这也是国家在2016年暂停客车使用三元电池的初衷。动力电池企业由单体电池安全逐渐转到系统安全,采用系统上各类安全措施去补求,也就是说即使是安全性相对差一点的三元电池的安全性是可控可防的。
 
针对电动车辆的着火及安全运行中所出现的故障性问题,中科院院士欧阳明高表示电池产品测试验证不足、车辆使用老化过程中可靠性恶化、充电安全管理技术水平低下,以及部分产品在设计验证使用过程中没有严格遵守相关技术标准和规范是诱发安全性事故的主因。要最终达到电动汽车的安全,仅靠在产品开发设计上的投入还远远不够,还需要在生产制造环节做好把关,如生产制造过程中可能会引起电池内部短路的因素有物理因素如:毛刺、颗粒、粉尘等,物理因素导致内短路一般在电池运行初期暴露出来;引起电芯内部短路的化学因素如:锂形成锂枝晶、金属沉积等,导致形成锂枝晶主要有涂布面密度布均匀,卷绕极片不平整等。化学因素导致内短路会伴随电池整个寿命周期,具有不确定性,这也是导致电动汽车发生安全事故具有不确定性的一个原因。从而,产品设计得再好,但是不能稳定、高质量生产也是徒劳,这就要求动力电池等新能源汽车核心零部件企业需要有较高的生产制造和质量体系等工程化管控能力。
 
三、相关机构一直在监管和指导新能源汽车安全发展
 
国家标准是产品安全需要满足的最低要求。安全问题的解决要靠民众的素质和意识、政府的管理和企业的自律。电动汽车新国标中《电动汽车用动力蓄电池安全要求》报批稿已进入送审WTO阶段,这版由GB/T 31485-2015 《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》和GB/T 31467.3-2015 《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第3部分:安全性要求与测试方法》合并且进行扩展的新国标于去年年初便发布了征求意见稿,从“GB/T”升级为“GB”意味着正式开始实施之后,新国标中的所有测试将成为强制性要求,这其中包括了消费者最为关心的电动汽车逃生时间问题。在此只挑出几个大家感兴趣的点来说:
 
1)电池包或系统使用之后的浸水安全问题,这个在南方很多地区很重要,此次新国标修订是将海水浸泡试验改为浸水安全试验。首先,试验对象由蓄电池包或系统变为通过振动试验后的电池包或系统,其次试验方式除了老国标的海水浸泡之外,还要求振动后的电池包需要满足IPX防水等级7级标准,从而对电池包或系统的设计和制造提出了更高要求。
 
2)新增的热扩散试验,6月17日,工信部发布《关于开展新能源汽车安全隐患排查工作的通知》,促请各新能源汽车生产企业对本公司生产的新能源汽车开展安全隐患排查工作,而为了加强事中和事后监管,热扩散试验的强制势在必行,尤其是其测试要求中提到“电池包或系统在由于单个电池热失控引起热扩散、进而导致乘员舱发生危险之前5 min,应提供一个热事件报警信号(服务于整车热事件报警,提醒乘员疏散)”,对于消费者来说多了一层保障,这意味着新国标实施之后“出生”新能源汽车,5分钟预警将成为新能源汽车安全预警的最低要求。
 
3)动力电池、电机等纳入三包管理法规,动力电池和电机占了整车非常大的制造成本,一旦因为质量问题损坏,维修费用往往非常惊人,对消费者来说跟重新买辆车并没有太大区别, 3月14日,市场监管总局公布了《家用汽车产品维修、更换、退货责任规定》的修订稿,增加了新能源汽车关于动力电池、行驶驱动电机的部分,也就是说国家将会对纯电动车和混合动力车的电池、电机部分进行监管,大大缓解了新能源汽车消费者的购车焦虑,对新能源车的销量有很好的促进作用。
 
四、进一步提高全社会对新能源汽车的容忍度
 
目前我国汽车保有量已突破2亿台,新能源汽车保有量已有300余万台,但当前传统燃油车的普通事故、自燃等根本没有媒体报道,只有一些重大的事故才有可能被新闻报道,但新能源电动车只要起火,便可以短期内在全国刷屏,这其实正是媒体抓住了民众猎奇的心态的结果。近期汽车头条文章《外媒称:燃油车自燃风险是特斯拉的11倍!你怎么看?》也引起笔者的关注,称知名YouTuber Cameron引用了来自美国消防管理局等单位的数据,特斯拉起火的频率为5起火灾/10亿英里,全美车辆的平均值为55起火灾/10亿英里。也就是说,美国燃油车起火的频率为特斯拉的11倍。文章给出了美国消防管理局的数据,2014-2016年的统计显示,全美高速公路上每年有超过17万起车辆起火事故,造成超过340人死亡,1300人受伤。笔者很认同该文章的观点,即为何电动汽车给人的感觉经常起火,而燃油车很少起火?这是因为电动汽车是新生事物,每次起火都会上头条,燃油车起火已经算不上新闻,很多时候都是作为交通事故消息去报道,而不把燃油车辆自燃本身做为新闻。正是因为电动汽车起火罕见,所以才每一条都值得上全国头条,如果这是很常见的事,比如交通事故,那么就不值得频频报道了。而正如上述数据显示的,美国每年有超过17万起传统汽车起火事故,平均每天都有几百起,根本不值得事无巨细的报道。因此,社会对新能源汽车的容忍度应该进一步的提高,媒体的宣传也应该从抓眼球的标题党进一步转向客观公正的舆论引导。
 
五、进一步培养新能源汽车用户的使用习惯
 
有句销售的金句:客户永远是对的。我们不去探究其深刻内涵,但是一点是可以明确的,任何产品没有客户,也就没有了价值。所以,在讨论技术的同时,客户的需求,才是未来技术的发展的目标,也就是技术上需要解决的问题。尽管如此,部分新能源汽车的起火事件却是因为车主不重视车辆的维护维保工作,对新能源汽车造成滥用而造成的。下面提供一些使用建议:非行驶状态下,充电应当选择匹配的充点设备,建议不要私自拉电线充电,特别禁止在楼道附近充电;车辆停放注意防止停放在地势低洼易积水地段;防止高温暴晒对动力电池造成损伤;零下十度以下的温度环境尽可能不要进行充电操作等。行驶过程中,如果出现电量不足或安全报警信息,请立即将车辆停靠至路边,下车等待救援;如果出现停车无法启动现象,及时联系售后人员进行维保;行驶过程中如果底盘出现剐蹭,必须去4S店检查,以免安装在车辆的地盘部位的动力电池收到损伤;和传统燃油车一样,禁止车辆涉水过深;同时尽可能避免车辆急加速和急减速的操作。
 
当前新能源汽车推广应用面临经济型和实用性两方面的问题。实用性最显现的就是用户面临充电难的问题,因此,要加快配建充电桩、城市充换电站、城际快充站等设施,新建住宅停车位建设或预留安装充电设施。结合我国传统燃油车的发展历程,新能源汽车不能再走传统汽车“大而不强”的“市场换技术”失败老路。新能源汽车拥有全新的零部件体系,如电池、电机、电控、电动空调等功能部件,能与智能化和网联化完美结合。从全球看,电动汽车的核心技术尚待进一步突破,关键零部件的壁垒尚未形成,信息系统还在发展,品牌效应还未发力,商业模式正呈现多样化。可以说,几乎在产业链的各个环节都存在很大的创新空间。把新能源汽车发展上升到国家战略,再加上我们有全球最大的汽车市场做支撑,这就给我国在新能源汽车行业建立自主知识产权、培育自主品牌提供了难得的历史机遇,为形成具有全球竞争力的新能源汽车产业创造了条件。新能源汽车和传统燃油车一样,竞争力的核心是聚集优秀人才,拥有强大的研发能力,掌握关键技术和建立良好的品牌效应。作为中国汽车企业,不能再走技术空心化的道路。在激烈的市场竞争中,真正能站住脚的将是那些具有创新能力、掌握核心技术、具有品牌效应的企业。
 
 
 
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