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使用三元锂电池是频繁烧车的技术原因

来源:锂电联盟会长   更新时间:2018-11-08 10:51:39    

  电动汽车缘何燃烧事故频发?

  1.使用三元锂电池是频繁烧车的技术原因

  特斯拉使用的是三元锂离子电池,去年以前已有十余辆车发生起火燃烧事故,今年5月又有4辆车先后燃烧,造成3死1伤。今年1~6月,国外新能源汽车发生自燃起火事故6起,这些车辆用的三元锂离子电池均出自“名门”,制作工艺应该不是主要问题。事故起因主要是严重碰撞后起火和无故自燃,这就不得不从三元锂离子电池内在的不安全性上找原因。

  电池组和汽油箱一样,是一种含高能物质的部件,是电动汽车安全性的物质基础。锂离子电池中的电解液用易燃的溶剂配制而成,正极氧化剂和负极还原剂只隔一层微米级厚的隔膜,内短路则生热。现在企业为追求高比能量,所用的隔膜更薄,更易发生内短路。充放电时,电池内阻生热,高倍率时生热更多,在达到一定温度时,正极上的氧化剂易与电解液发生化学反应,尤其是三元材料还会分解出初生态氧,这是一种比氧气活泼得多的状态,极易与还原性物质起化学反应。大量的化学反应热造成热失控,会产生大量气体,导致气压升高,继而发生电池破裂、燃烧、爆炸等事故。

  所以,正极上的氧化剂不同,发生热失控的温度也不同。正极材料热失控温度越低,电池的安全性越差。三元正极电池安全性低于磷酸铁锂电池及其他电池。

  由于三元锂离子电池内部具备“燃烧三要素”,在隔绝空气的条件下也能自燃,所以三元锂离子电池火势很难扑灭,蔓延迅速,驾乘人员很难逃生获得救援。目前,我国的三元锂离子电池针刺试验还不能完全过关,却允许在乘用车甚至在商用车上使用。据不完全统计,我国今年1~9月电动汽车烧车事件达21起。

  2.重点发展纯电动汽车是频繁烧车的发展路线原因

  这些年,科技部主导的电动汽车“三纵”发展路线变了又变,由纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车,到纯电动汽车、插电式电动车、燃料电池电动汽车,再到纯电动汽车、增程式电动车、燃料电池电动汽车。其中,混合动力汽车约经过两年改为插电式;维持约5年后,今年又改为增程式;始终不变的是纯电动汽车和燃料电池电动汽车。

  目前,燃料电池汽车有许多难题要解决,离市场化还很远。纯电动汽车是重点,但高补贴下的长里程纯电动汽车需解决五大焦虑。一是里程焦虑:即使多带电池也有断电担忧;车身重,不节电;空调用电严重缩短里程。二是安全焦虑:电池多且比能量高,危险性大,易发生燃烧爆炸事故。三是充电焦虑:充电桩要密集,费钱、费地仍难满足要求。四是价格焦虑:电池用量大、价格高、竞争力低。五是电池焦虑:电池寿命短于整车,第二、三套电池要用户另外出钱。

  补贴停止后,里程越长、原补贴越高的车就越难卖出去。目前只宜做耗电少、安全与里程矛盾小的微小型电动车。

  纯电动汽车追求长里程,导致过度多装电池,安全性下降,这一技术发展路线是频发烧车的原因。

  3.重金补贴长里程纯电动车是频发烧车的政策原因

  由于电动汽车里程指标以及补贴与纯电动里程挂钩,因而逼出全国性的“人造三元风”;补贴与电池比能量挂钩,导致三元电池镍的用量不断增多,镍钴锰三者的比例从333、523、622正逐步走向811,而能量密度越高危险性越大。

  不合理的补贴政策是频发烧车的原因。

  4.里程作为矛盾的主要方面是频发烧车的思想方法原因

  电动汽车的主要矛盾是安全与里程的对立。里程被认为是矛盾的主要方面,安全性被认作矛盾的次要方面,这是思想方法的错误,是造成发展路线、政策、技术发生问题的根源。

  综上所述,我国新能源汽车的发展路线和政策,误导大用、急用三元锂离子电池,激化了安全与里程的矛盾,其后果便是电动汽车烧车事件频发。而且,车身重、耗电多、实际排放高,背离了电动汽车节能减排的初衷。

  用增程技术可解决安全与里程矛盾

  近十年来,笔者的主张可归结为两句话。原则:用好安全成熟的电池,发展节能减排的电动汽车;技术路线:以微小型纯电动车为突破口,大中型车发展纯电驱动的增程式。微小型纯电动车可用铅酸电池做低速车,也可用锂离子电池做高速车,由市场决定;增程式电动车可解决纯电动汽车的五大焦虑,市场化最可行。

  令人欣慰的是,笔者的主张逐渐被接受。科技部今年1月将增程式列入“新三纵”;国家发改委在7月发布的《汽车产业投资管理规定(征求意见稿)》中将增程式列入纯电动汽车类。一旦新能源汽车补贴停止,产业进入市场化阶段后,预计微小型纯电动车和增程式电动车将得到快速发展。

  笔者将增程式车技术的发展划分为三代。

  第一代增程式电动汽车是在纯电动汽车上加装增程器,单纯是为了增加行驶里程,电用完了由增程器发电。以宝马i3为例,如加装增程器则加价15%,0.7L排量发动机,增程模式的车辆百公里油耗为5.35L。该小型车电池重,增程器功率高、耗能多,增程器发电与电池简单串联,所以油耗较高。

  第二代增程式电动汽车在技术上优化了电力系统,发动机减小、发动机能效优化、电池少且成本下降,车重减轻更节能。其优点在于电池组不会过充和过放,寿命延长,安全性较高;磷酸铁锂电池比能量合适,安全性进一步提高;电池少,受补贴退坡和取消的影响小;增程行驶时比燃油车节油50%以上,大为省钱;可以不外接充电,免建充电桩,且能远距离行驶;如有充电条件,城市百公里内节油率达80%以上;可沿用燃油车的生产及加油设施,便于发展;无里程、安全、充电、价格、电池五大焦虑。

  第二代增程式是燃油车与电动车的融合,它改变了第一代单纯延长续驶里程的局限性,实现了节能减排。此技术已用于多款车辆,比如华龙新能源汽车有限公司的12米增程式客车,采用磷酸铁锂电池,市区公交模式百公里油耗12L,公路模式百公里油耗16.3L;加拿大Plan B公司的增程式卡车能降低70%污染物排放,百公里油耗17L;日产汽车NOTE的e-POWER动力系统属于串联式混合动力,采用三缸1.3L排量发动机,电池1.5kWh,百公里油耗仅2.9L;山东德州富路集团的增程式低速车,采用铅酸电池,单缸0.2L发动机,油电效率299g/(kW·h),百公里油耗仅1.8L。

  不过,第二代增程式电动车由于增程器发电充给电池,电池给电动机供电,电流全部流过电池组,所以也有不足之处。一是电池充电-放电过程中能量至少有10%损耗;二是电池用量虽比纯电动汽车少,但因功率要满足最高车速要求,电池用量仍需纯电动汽车的约40%,车价明显高于燃油车;三是电池较多,车身较重,有减重节能潜力;四是电池始终高负荷工作,寿命受到影响。

  目前,我国江苏公爵新能源汽车公司提出“发动机发电直接驱动电动车”,简称“发电直驱电动车”,可称为第三代增程式技术。车上发电机发的电不必经过电池而直接驱动电动机,克服了第二代增程式的缺点,且具备第二代的所有优点,并可减少电池充电-放电10%能量损耗。其优点是:电池进一步减少,车重减轻,降低电耗;电池的大电流工作机会少,寿命延长;电池用量少,成本进一步降低;再算上高节油率,车辆全生命周期总费用远低于同级别燃油车。而且,该技术适用于各种车辆,有助于节能减排。

  或许有人会说,增程式还是要烧油,不是最终目标。对此,笔者想指出两点,其一,如果我国汽车油耗降到现在的一半以下,每年将节省原油2亿吨,这将有效地改善环境,提高能源安全,也可让我国由汽车大国向汽车强国迈进一大步。其二,纯电动车未必是最终目标,其装电池多、车身重、耗电多,特斯拉在新加坡受罚便说明其弊端。对于新能源汽车来说,应考核其全生命周期的节能减排。

  而且,未来的增程式电动车可不烧油,改烧乙醇,既节能又不增加CO2排放。因此,笔者认为,增程式不是“向纯电动汽车的过渡”,而是未来车辆的主力。

  总而言之,电动汽车的主要矛盾是安全与纯电动里程间的矛盾。电动汽车应该减少电池用量、提高安全性、降低车价,而不是片面追求长里程、多装电池,或拼命提高比能量、增加危险性。解决的办法一是产品微小型化,二是发展增程式电动车(或微小型化+增程式),这是应对补贴退坡、走向市场化的最佳技术路线。值得一提的是,增程式电动车与磷酸铁锂电池是绝佳配对,解决了安全与里程的主要矛盾,最适合市场化。(杨裕生)

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