电动汽车的未来之路——安全

 

 

日前，三星智能手机GalaxyNote7因锂电池故障爆炸召回的消息，引发了消费者的广泛关注。小小的手机都会爆炸，动辄搭载几百公斤动力锂电池的电动汽车还安全吗？

 

没有安全就没有电动汽车的未来

 

截至2015年底，我国电动汽车事故率0.17%

 

“安全是发展电动汽车的前提，没有安全就没有电动汽车的未来。”在日前举行的中国电动汽车百人会夏季论坛上，工业和信息化部装备工业司司长李东透露，2011年以来，我国发生电动汽车事故31起，其中，2015年发生9起，今年上半年则发生了8起。

 

另一则统计数据显示，截至2015年底，我国电动汽车事故率达到0.17%，高出世界平均水平一倍多。“电动汽车事故数量呈增长态势，一个原因是销量的快速增长。”李东说，“十二五”以来，我国累计销售各种新能源汽车44万辆，仅2015年就销售33万辆，其中，纯电动汽车超过七成。伴随着车辆、电池及线束的老化，电动汽车安全风险正进一步增大。

 

“电动汽车比较典型的事故是自燃、碰撞起火和过充。”中国汽车技术研究中心标准所总工程师周荣举例说，2015年4月26日，五洲龙A10纯电动大巴在深圳普天新能源的深圳湾加电站充电时发生自燃，车辆严重损毁，幸无人伤亡。调查显示，这是一起典型的过充失火事故。“当时，车辆电池管理系统死机，但充电机并没有相应采取应急措施，而是继续充电。结果过充1小时18分钟，过充电量57。9千瓦时，最终，电池承受不了，破裂、燃烧。”

 

另一起有名的插电式混合动力乘用车自燃事故同样因为充电。“这位上海车主没有安装充电桩，在采用飞线充电时，接线板又被错误地放在了车辆后座上。”一位业内专家说，幸好只是车辆烧毁，没有造成人员伤亡。

 

“不管由什么引起，电动汽车安全事故的主要表现是电池热失控。”中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高说，首先是单体电芯热失控，其间的发热量可以使电池的温度升高400—1000摄氏度；接着热失控会在电池模组中像放鞭炮一样迅速扩展，车辆冒烟、起火甚至爆燃。而热失控造成的危害程度以及连锁反应的速度，又与电池材料的热稳定性密切相关。在目前各种类型的动力电池中，磷酸铁锂电池热失控的最低温度比其他材料高。

 

宁德时代新能源科技有限公司（CATL）董事长李平的解释更加形象——从材料特性上看，磷酸铁锂电池燃烧像“煤炭”，而三元锂电池燃烧则像“火药”。李平说，三元材料活性高，能量密度（电池的平均单位体积或质量所释放出的电能）理论上可以达到300Wh/kg，但热稳定性较差，在200左右的外界温度下，就会分解并释放出氧气，与电池里的可燃电解液、碳材料一起，一点就着，而且在极短的时间内就会爆燃。磷酸铁锂能量密度极限为150Wh/kg，但稳定性较高，在700时才会发生分解，且不会释放氧气。即使在极端的情况下，磷酸铁锂的燃烧也不激烈，火势扩大缓慢，起火也比较容易被扑灭。

 

公安部上海消防研究所副研究员黄昊介绍说，去年以来，动力电池的生产储运、整车运行、老旧车搁置等环节都出现了安全事故。其中，今年5月、7月、8月先后发生三起锂电池生产、仓储环节的火灾，造成救火过程中1名消防队长牺牲、10名消防员受伤。

 

电动汽车安全性可以做得更好

 

燃油车也会自燃，动力电池的危险性完全可以通过系统措施加以控制

 

“作为能量载体，锂离子电池必然具有一定的危险性，但这种危险性完全可以通过系统的措施来加以控制。”中国汽车技术研究中心动力电池领域首席专家、电池测试与应用技术联盟秘书长王芳认为，传统车的汽油箱和燃料电池汽车的高压氢气储罐，也都具有危险性，每年发生的传统汽车自燃以及碰撞起火事故也不在少数。

 

电动汽车的安全隐患，不应全部怪罪到动力电池身上。“2015年以来的17起事故中有4起是电池系统事故、有6起是相关部件事故、有2起是充电系统缺陷引起，还有5起是违规改装或者不当使用引起。”李东认为，确保电动汽车安全，既涉及全产业链，也涉及产品的全生命周期。从全产业链来说，事故原因涉及电池单体、电池组和管理系统、线束、高压部分、充电桩、充电站等。从全生命周期看，涉及电池及整车的制造存储、运输使用维护、报废回收拆解等各个环节。

 

“电动汽车安全技术涵盖动力电池、整车和充电基础设施三部分。”欧阳明高认为，就电池企业而言，必须千方百计将热失控的风险和危害降到最低。目前，我国动力电池企业的磷酸铁锂技术已经相对成熟，三元正极、石墨负极单体电池的安全性也取得了大幅提升，在阻燃隔膜、阻燃电解性、阻燃安全性方面都实现了创新，单体电池产品的检测结果与国外没有特别大的差别。

 

确保电动汽车安全，整车企业更是责无旁贷。其中，科学的安全理念、严谨的开发流程、超越同级的碰撞保护性能、完善的电子电气安全保护方案等都必不可少。“比亚迪的电动汽车防水性能、长安电动车的碰撞安全性、上汽荣威完整的电动汽车安全保护方案，都做得很好。”欧阳明高指出，与国际先进水平相比，我们还有值得学习的地方。他举例说，日产纯电动轿车聆风，全球累计销售约23万辆，没有出现过一起重大事故。这得益于日产分层、分级的安全理念——首先是防控事故发生；其次一旦发生热失控，要尽量避免整车燃烧、爆炸；再次，出了事，要把事故控制在可控范围内，造成的后果要跟燃油车一样。为此，他们采用了严格的V型开发模式，从材料、单体电芯到电池包、模组，从设计层到验证测试层，全部严格按照上述理念和模式进行。

 

“一套完整的试验验证体系同样必不可少。”上汽集团技术中心副主任朱军博士告诉记者，荣威550插电式混合动力轿车的电池，不仅按照国家标准通过了针刺、火烧、电化学、高压、碰撞以及极端寒冷、极端炎热等试验，还通过了美国UL公司的专业安全认证。考虑到纽约遭遇台风海水倒灌时，十几辆电动车烧毁，上汽的整车浸水试验耗时大概9个月，把整个电池包浸在海水里面，结果是系统完好无损。

 

绝不让电动汽车“带病上岗”

 

提高技术标准，加强研发能力

 

今年1月，出于对动力电池安全问题的考虑，工信部暂停将三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。这意味着在对三元锂电池客车现行安全标准体系的风险评估完成前，相关整车厂无法拿到中央加地方最低60万元/辆的财政补贴。此举一度曾引发业内争议。

 

“回过头去看，工信部当时的决策很有前瞻性。”宇通技术中心副主任朱光海认为，客车对安全的要求理应更高。尤其是新能源客车，动力电池一旦着火，必须确保车上人员有足够时间逃离。与乘用车20秒左右的最短逃离时间相比，搭载数十人乘客的客车即便是有序撤离，也要数分钟之久。由于对新能源客车的补贴标准过于粗放，不仅引发了“骗补”行为，更让许多企业在迅速推出产品的同时，忽视了整车安全性，造成了少数电动汽车存在“带病上岗”的隐患。

 

朱光海说，除了国家标准规定的电池包和电池系统15项安全检测项目外，宇通还正在制定一套针对新能源客车整车的安全测试规范。而截至目前，国内外都没有一套现成的版本，这也是工信部叫停三元锂电客车补贴的重要原因。

 

其实，需要提升标准的远不只三元锂电客车。工信部和能源局组织开展的新能源汽车和充电设施的安全专项检查结果显示，部分企业在产品设计、质量控制、售后服务等方面还存在隐患，有些地方的安全监控、管理制度还存在着漏洞。欧阳明高补充说，国产充电设备的质量现状不是特别好，防水、防尘、防腐蚀、漏电、短路保护等均存在一系列问题。

 

据悉，工信部牵头组织制定的电动汽车远程监控标准、电动客车安全条件即将发布实施，电池管理系统技术条件、动力电池的编码以及规格尺寸等标准正在编制修订。与此同时，《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定（修订征求意见稿）》已经发布，拟大幅提高新能源汽车资质申报企业的研发能力和生产一致性要求。

 

“电动技术的突破和产业化进程可能比人们预期的要来得快。”李平说，当前，锂离子电池能量密度较2012年提高了1.5倍，2020年动力电池能量密度提升至300Wh/kg，2025年达到350Wh/kg，从技术上看没有问题。市场容量快速提升带来的规模效益，也将大大降低动力电池的成本。但必须看到，由此带来的安全性挑战会大幅提升，围绕300Wh/kg以上高能量密度锂离子电池的安全技术体系，将成为新一代高性能电动汽车最重要的核心技术。