【百人会专题】四部委透露新能源汽车补贴调整方向 放弃普惠制

2016年08月22日 09:08 来源:节能与新能源汽车网 作者:媒体综合
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欧阳明高:电动汽车安全在于三部分安全

 

 

以下为中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高的发言实录:

 

各位领导,各位同行,大家上午好!


百人会的《电动汽车安全报告》,每个桌上都放了一本,大家可以直接看。前面上半场我估计是大家最关注的,有一些政府动向,他们做的干货,我就讲不出太多大家感兴趣的内容了,我只讲讲技术,我的题目是“电动汽车安全技术创新与发展”,有三个方面,有些技术方面的内容是有相关性的,政策本来是张永伟讲的,我在PPT里基本删掉了,大概带一点。


首先讲一下电动汽车安全的技术。电动汽车安全技术我们分三块,动力电池的安全、电动汽车整车安全、充电基础设施的安全。首先是动力电池的安全性,是最基础、最核心的,包含了电安全、热安全、结构安全等等。


我要先从科学的角度说一下。如图,这是电动汽车动力电池的基本特性,中间可以看出我们锂电池安全的范围,一个是电压、一个是温度,对电池安全来讲,这么一个很小的窗口里才能安全工作,如果温度高了会发生一系列的反应,就不正常了。我们具体来定义一下这些温度,这是做一个严格科学的实验,锂离子电池的热失控、温度变化、温度和电压变化的过程。有三个温度,T1叫热失控自生热起始温度,这个温度一般在90度,接近100度。第二个,热失控的触发温度,就是说热失控要开始了。第三个,热失控的最高温度,代表了释放能量。


如图,给出了一系列的各种类型的动力电池,比方说三元的NCA、NCM、锰酸锂的,钴酸锂、磷酸铁锂,还有钛酸锂的,从中间就看出,电池体系的热稳定性各种类型还是不一样的。这个区域是磷酸铁锂电池的区域,总体来看,热失控最高温度比较低一点,这是钛酸锂的。


太过于学术化一点,我稍稍用简化一点的方式给大家描述一下这个过程。热失控,我们先从热的角度,过热之后首先开始自身热的起始温度之后,我们的SEI膜就会分解、负极电解液也会反应,隔膜机制熔化,再到正极分解、电解质分解,最后就涂层崩溃,大规模的内短路电解液燃烧,就形成了热失控。发热量可以使电池的温度升高400—1000度。


另外一个问题,一个单体热失控之后会在电池模组中发生扩展,像放鞭炮一样,一个单体发生热失控能量还是有限的,如果在整个模组系统中间扩展,这个能量就非常大了。我们说其实不在能量的大小,巧克力的比能量比电池的比能量高多了,但是并不是一个危险的东西,关键是没有瞬时释放,这是一个瞬时释放的问题。


诱因,刚才说的是过热引起的,还有电的和机械的,电触发,主要是过充、过放等等,尤其是过充,过充引起的热失控是危害比较大的,这是它过充的一个过程和机理,最典型的过充事故就是五洲龙的过充失火。还有机械滥用,这是特斯拉底部被石子穿透引起的着火,这是在网上搜到的底盘的切割实验,专门看它怎么样,机械诱因就会最终引起短路。


第二部分,整车的,现在我们找电池厂开安全会,电池厂就说很多问题是整车引起的,不是电池的事。的确,很多问题不是电池本身造成的,是外部原因,整车,比方说碰撞会引起,电气安全,还有功能安全,重点是这几方面。比方说碰撞,碰撞是最容易引起,常规汽车主要的安全就是碰撞安全。第二,各种原因的电气线路短路引起着火,比方说左边这个是特别典型的,电机控制器、电机电子器件IGBP短路了,高压、拉弧、多处熔断,整个就全烧掉了,这是控制器烧红了。另外一个,比方说前一段时间南京暴雨之后,泡在水里时间长了之后进水之后引起短路。功能安全,深圳五洲龙这就是功能安全导致的,电池管理系统死机,但是充电机不知道,继续充,充过头了,导致了安全事故,一般150%会大规模的内短路,充过头150%,不管是什么电池,包括钛酸锂电池,如果充过头也都会热失控的,虽然我们知道钛酸锂非常安全,但是过充之后过压也会引起安全事故。


第三,充电基础设施的安全。尤其要说一下充电设备的安全问题,总体看我们充电设备的质量现状不是特别好,它的防水、防尘、防腐蚀、漏电、短路保护等等,各方面存在一系列问题。我们开了基础设施安全的研讨会,大家提出了很多问题,今天可能还有专家在分论坛会详细介绍,我不在这儿过多讲。比方说,我们荣威550就是非线充电着火,自己来安装这个,比方说外部的“三防”,内部走线的零乱,不按要求接地等等,这都是我们充电设备的问题。比方说全生命周期状态的监测、管理体系的缺失,线路老化之后也引起很多问题。尤其我们在研讨会中有专家提出,地下车库的充电安全要提高一个档次或者数量级才有可能保证,因为那里头重现事故之后就会特别严重。


我不要都讲问题,还是要从正面讲讲在电动汽车安全技术方面创新的成果。


第一,说一下全球国际的进展。我们要学习几个,一是安全防护方面,比方说日产的电动轿车Leaf,现在接近23万辆,没有出现过重大事故。它有一个安全防护的设计体系,这就说明电动汽车如果做的好是可以非常安全的,而不是说不能做到安全。人家做什么?首先,有很好的防护设计理念,它的防护,首先防控事故发生,其次一旦失效,可以失效不出事,再次,出了事,把事故控制在一个可控的范围,控制在接受的程度跟燃油车一样。是这么三个阶段,从电池设计,到最后可达到的安全目标,是一个全方位的设计理念。二是设计开发方面,遵循了严格的V型开发模式,从电池包、模块、单体、材料,从设计层、验证测试层,是非常详细的,包括底层的电池材料,比方气体分析仪等这些很科学的仪器都在这里面用到了,我们国内的电池厂现在还很少用这些。这是他们要通过的所有的安全测试的项目,其实这些我们都很熟悉,比方冲击、振动、挤压、跌落,模块跌落、单体跌落等等,针刺、极端的短路、火烧、热循环,有温度的高低温循环实验,这个好像我们做的不是很多,气体分析等等,这都是全都做的,这是我们跟日产合作交流的,我觉得还是给大家分享一下,很有意义的。


第二,特斯拉的电池系统安全管理还是值得一说。这是我学生对特斯拉电池安全管理专利的解析和重构,这都是公开的。特斯拉他们的安全管理申请了超过30项专利,这是一些主要的专利,我们把这些专利全部重构之后看它都用在哪儿,这就是一个完整的过程。由于成本比较高,其实没有在它的车型上全面的推开。 另外一个值得一提的,特斯拉的碰撞安全性,从设计的角度,应该说借用了一些非常先进的方法。测试同时获得了欧洲和美国最高评分的五星级车型,发生事故之后,非常严重的事故也都是安全的,总体看电动汽车的碰撞安全性是可以做得比传统车更好,当然因为它有别的安全性,仅从碰撞安全性角度是可以做的更好的。


第三,这也是公开的资料,三星的电池系统。重点看一下电芯层面,这是90安时内部并联四个单体电池,一个卷绕式的方型电池,这个电池在单体电芯层面加了三个装置,一个是过充保护、一个是防爆阀、一个是保险丝。我只说其中的过充保护,这个电芯的外壳是正极,有一个过充保护的阀,当内部气体压力增大之后,把外壳的正极跟负极直接相连,短路,形成大电流,外部短路,过电流之后保险丝把这个断开,这个我们是值得学习的。也就是说在电芯层次进行材料、电气、机械系统的系统设计还是很值得学习的,因为我们国内在电芯层次进行机——电——材料一体化设计不多,其实它把单体电池当成了一个小系统,我们可以对比一下,日产电池的模块相当于三星大电池的电芯,就是日产是小模块,三星至少客车上是大电芯。


未来趋势来看,现在工信部300瓦时、350瓦时都是这么高的,这是国际趋势,没有办法,大家都在这么做,10年内我们真的要到350瓦时,我相信2025年350瓦时应该没有问题的,2020年300瓦时应该是没有问题的,这个从比能量角度是可以做上去的,成本也会降低,但是我们的安全性挑战会大幅提升的,比能量、安全性是一个翘翘板,所以我们现在都出这么多事,下一步300瓦时、350瓦时我们面临的挑战有多大就可想而知。我所知道的国外很多现在都是在全力攻这个安全技术,我现在牵头中美电动汽车合作,跟美方合作伙伴很重要的就是电池安全性。所以我说新一代高性能电动汽车最重要的核心技术将会是围绕300瓦时以上高比能量锂离子电池的安全技术体系,这是最核心的下一代电动车技术。


说说国内的,总体看我还是从正面来肯定我们所取得的成绩,待会儿再说问题。正面取得成绩,从材料体系,三元正极、石墨负极单体电池的安全性应该说有大幅的提高,比方说在阻燃隔膜、阻燃电解性、阻燃安全性也都有创新,取得了进展。从单体电池产品的检测结果来看,跟国外也没有特别大的差别。总之,从统计结果来看,我们和国外的相差幅度不是特别大。
我们行业的标杆企业宁德时代新能源,总体电池的安全性保持还是不错的,这是实验的东西,严格按照了国内国际标准,因为我们的电池企业也跟国外配套,也跟最著名的比如宝马这些厂商配套,所以我们其实国际的标准都是满足的。


在此基础上我要说一下动力电池还有一些前沿创新。我也举一个例子,这是我们跟德国宝马和宁德时代新能源一块做的。刚刚说三星的有熔断器、过充保护器、防爆阀,模组的我们现在电池管理系统等等,还有一个问题,自引发内短路,这是一个问题,我们的制造杂质、经常小规模的过充过放,长期积累以后会自己引发内短路,这种内短路我们现在联合开展起来第一个是实验的重复性就不好做,因为不好重复实验,我们首先做了一些重复实验的方法,把规律摸出来了,这个短路会形成三个阶段,内短路的第一阶段、第二阶段、最后一阶段。第一阶段只有电压的下降、温度基本上变化不大,第二阶段,电压下降同时温度有大幅度下降,所以我们基于这个就搞电压和温度的联合检测。


如图,这是替代实验,这是算法,这是短路的测试实验,这是结果,现在已经在CATL管理系统中间开始应用,有了这个方法我们就可以对内短路的发生过程、内短路的阻值都能精确的辨析出来,提前预警热失控事故。


整车安全,首先是轿车安全,比方电池的防水,跟整车关联度很高,因为静态的防水,放在车上不一定防水,现在都知道IP67,其实一些厂家都做IP68了,这样的浸泡水是有可能发生重大事故的,就算是泡在底下都有可能发生重大事故,我们如果做得好是完全没有问题的,所以要经过一系列的浸泡的实验改进设计,这是我们做完的设计。真实的电动车完全可以在比燃油车在水里面更加安全,这好像是我们比亚迪的电动车,这是网上前一阵子下大雨的时候特别点赞的东西,做得好我们的防水比燃油车还好,做得好我们的碰撞安全也可以比燃油车更好,关键是我们的技术到不到位,所以我们来谈安全问题应该这么看。


第二,轿车碰撞安全,我们做得好的企业也是不错的。举个例子,长安的,为了达到这个标准要做一系列的研究工作,这是我们国内做电动汽车碰撞安全做的比较早的,这是产、学、研联合研究的。甚至为了将来的发展,我们再深入的研究到底下单体电池怎么挤压和撕裂的。而且电池包不是越厚越好,如何又轻量化、又防撞,在优化设计方面也还有很多工作可做。
第三,整车电池系统总体的安全保护。我觉得我们通过上次的整车交流会,发现上汽提供了很好的资料和他们完整的安全保护的方案,大家都觉得还是非常不错的,体现我们整车电气安全系统的开发流程还是比较严格的,尤其是轿车企业是比较好的,分层、分级做的是非常好的,比如说高压安全管理系统。就是说只要按照严格的流程来进行开发,我们电动汽车电池安全问题是可以解决的。


另外我提一句客车,待会儿宇通的汤总还要讲的,我不多说了,他们有成套的方法来保证安全性。


最后,说一下电动汽车安全体系的问题和发展建议。前面领导都说了,多少起多少起,这是从2月份到7月份统计的10起以上,7月份多起来了。现在存在的问题,我们在报告里面有详细的介绍,我在这儿时间关系也不说的太多了。总体来看,我们安全性准入门槛要提高,所以现在在指定各种标准,要进一步提高标准。当然还有一个问题,现在我们充电基础设施新旧标准转换期也是容易出现问题的,因为充电桩跟车的接口是老的,现在要搞新的,新的总体来看是更加安全的,老的怎么适应新的,另外我们全生命周期检测还是缺乏的,当然电动汽车智能网联化以后带来新的挑战。


我们的发展建议,我也不详细介绍了,因为我们在报告里都有,永伟会比我说的更清楚一下。
第一个,完善安全标准,制定更加严格的安全标准。最近客车安全标准、电池系统的安全标准,尤其是电池系统热失控扩展的安全标准。


第二个,监控体系,现在当然都有监控系统,马凯副总理上次也说了,监控主要还是要靠厂家监管,不是靠城市最后的那一级,最后那一级你也不会给太多数据,数据最多的还是我们厂家自己,我们最有能力监控好。


第三个,强化充电基础设施安全管理,严控地下车库、高危场所充电设施建设与安全监管。


第四个,改革检测体制,我们建议建立新能源汽车年检制度,传统车要年检,新能源车是需要年检的,比方我们防水、防尘性能,新车是好的,老的就不一定了,我们的绝缘性能、漏电保护等等是需要检验的,还有我们电池的寿命也是需要一年定期去测一下的,这都是很重要的。
第五个,建议改革行业的监管体系,现在我们是准入,有几千个车型,客车是很大一个数,很多厂家都进来了,不能说让谁做、不让谁做,我想将来要引入事后监管的体制,谁要出了事要负责,要召回、吊销执照、取消资质,甚至取消你不能再进入这个行业,这是我们建议的要加强,否则这件事情没法弄。


结语三句话:


第一,保障安全是新能源汽车产业发展的首要目标和“命根子”,为什么是“命根子”?我觉得中国电动汽车发展趋势已经不可逆转,唯一潜在对产业产生重大影响的是安全?我觉得怎么强调都不为过,所以我们要警钟长鸣,高度重视,大家都是这行的从业人员,都不希望这个产业下滑,但是为了做到这一点,必须要警钟长鸣,高度重视。


第二,安全技术是电动汽车性能大幅提升的瓶颈技术。想性能大幅提升,大家都希望300公里、400公里,客车也是要提,高比能量电池是必然的趋势,往上提的瓶颈技术就是安全。也很快成为电动汽车领域国际技术竞争的焦点。所以随着动力电池比能量不断提高,电动汽车安全技术的门槛越来越高,本土企业要有危机感。


第三,安全问题解决需要建立严格科学的监管体系。安全管理,政府责无旁贷。

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编辑:hnd

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