電動(dòng)汽車緣何燃燒事故頻發(fā)？

 

      1.使用三元鋰電池是頻繁燒車的技術(shù)原因

 

       特斯拉使用的是三元鋰離子電池，去年以前已有十余輛車發(fā)生起火燃燒事故，今年5月又有4輛車先后燃燒，造成3死1傷。今年1～6月，國(guó)外新能源汽車發(fā)生自燃起火事故6起，這些車輛用的三元鋰離子電池均出自“名門”，制作工藝應(yīng)該不是主要問題。事故起因主要是嚴(yán)重碰撞后起火和無故自燃，這就不得不從三元鋰離子電池內(nèi)在的不安全性上找原因。

 

       電池組和汽油箱一樣，是一種含高能物質(zhì)的部件，是電動(dòng)汽車安全性的物質(zhì)基礎(chǔ)。鋰離子電池中的電解液用易燃的溶劑配制而成，正極氧化劑和負(fù)極還原劑只隔一層微米級(jí)厚的隔膜，內(nèi)短路則生熱。現(xiàn)在企業(yè)為追求高比能量，所用的隔膜更薄，更易發(fā)生內(nèi)短路。充放電時(shí)，電池內(nèi)阻生熱，高倍率時(shí)生熱更多，在達(dá)到一定溫度時(shí)，正極上的氧化劑易與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，尤其是三元材料還會(huì)分解出初生態(tài)氧，這是一種比氧氣活潑得多的狀態(tài)，極易與還原性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)。大量的化學(xué)反應(yīng)熱造成熱失控，會(huì)產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致氣壓升高，繼而發(fā)生電池破裂、燃燒、爆炸等事故。

 

       所以，正極上的氧化劑不同，發(fā)生熱失控的溫度也不同。正極材料熱失控溫度越低，電池的安全性越差。三元正極電池安全性低于磷酸鐵鋰電池及其他電池。

 

       由于三元鋰離子電池內(nèi)部具備“燃燒三要素”，在隔絕空氣的條件下也能自燃，所以三元鋰離子電池火勢(shì)很難撲滅，蔓延迅速，駕乘人員很難逃生獲得救援。目前，我國(guó)的三元鋰離子電池針刺試驗(yàn)還不能完全過關(guān)，卻允許在乘用車甚至在商用車上使用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)今年1～9月電動(dòng)汽車燒車事件達(dá)21起。

 

      2.重點(diǎn)發(fā)展純電動(dòng)汽車是頻繁燒車的發(fā)展路線原因

 

       這些年，科技部主導(dǎo)的電動(dòng)汽車“三縱”發(fā)展路線變了又變，由純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車、燃料電池電動(dòng)汽車，到純電動(dòng)汽車、插電式電動(dòng)車、燃料電池電動(dòng)汽車，再到純電動(dòng)汽車、增程式電動(dòng)車、燃料電池電動(dòng)汽車。其中，混合動(dòng)力汽車約經(jīng)過兩年改為插電式；維持約5年后，今年又改為增程式；始終不變的是純電動(dòng)汽車和燃料電池電動(dòng)汽車。

 

       目前，燃料電池汽車有許多難題要解決，離市場(chǎng)化還很遠(yuǎn)。純電動(dòng)汽車是重點(diǎn)，但高補(bǔ)貼下的長(zhǎng)里程純電動(dòng)汽車需解決五大焦慮。一是里程焦慮：即使多帶電池也有斷電擔(dān)憂；車身重，不節(jié)電；空調(diào)用電嚴(yán)重縮短里程。二是安全焦慮：電池多且比能量高，危險(xiǎn)性大，易發(fā)生燃燒爆炸事故。三是充電焦慮：充電樁要密集，費(fèi)錢、費(fèi)地仍難滿足要求。四是價(jià)格焦慮：電池用量大、價(jià)格高、競(jìng)爭(zhēng)力低。五是電池焦慮：電池壽命短于整車，第二、三套電池要用戶另外出錢。

 

       補(bǔ)貼停止后，里程越長(zhǎng)、原補(bǔ)貼越高的車就越難賣出去。目前只宜做耗電少、安全與里程矛盾小的微小型電動(dòng)車。

 

       純電動(dòng)汽車追求長(zhǎng)里程，導(dǎo)致過度多裝電池，安全性下降，這一技術(shù)發(fā)展路線是頻發(fā)燒車的原因。

 

      3.重金補(bǔ)貼長(zhǎng)里程純電動(dòng)車是頻發(fā)燒車的政策原因

 

       由于電動(dòng)汽車?yán)锍讨笜?biāo)以及補(bǔ)貼與純電動(dòng)里程掛鉤，因而逼出全國(guó)性的“人造三元風(fēng)”；補(bǔ)貼與電池比能量掛鉤，導(dǎo)致三元電池鎳的用量不斷增多，鎳鈷錳三者的比例從333、523、622正逐步走向811，而能量密度越高危險(xiǎn)性越大。

 

       不合理的補(bǔ)貼政策是頻發(fā)燒車的原因。

 

      4.里程作為矛盾的主要方面是頻發(fā)燒車的思想方法原因

 

       電動(dòng)汽車的主要矛盾是安全與里程的對(duì)立。里程被認(rèn)為是矛盾的主要方面，安全性被認(rèn)作矛盾的次要方面，這是思想方法的錯(cuò)誤，是造成發(fā)展路線、政策、技術(shù)發(fā)生問題的根源。

 

       綜上所述，我國(guó)新能源汽車的發(fā)展路線和政策，誤導(dǎo)大用、急用三元鋰離子電池，激化了安全與里程的矛盾，其后果便是電動(dòng)汽車燒車事件頻發(fā)。而且，車身重、耗電多、實(shí)際排放高，背離了電動(dòng)汽車節(jié)能減排的初衷。

 

       用增程技術(shù)可解決安全與里程矛盾

 

       近十年來，筆者的主張可歸結(jié)為兩句話。原則：用好安全成熟的電池，發(fā)展節(jié)能減排的電動(dòng)汽車；技術(shù)路線：以微小型純電動(dòng)車為突破口，大中型車發(fā)展純電驅(qū)動(dòng)的增程式。微小型純電動(dòng)車可用鉛酸電池做低速車，也可用鋰離子電池做高速車，由市場(chǎng)決定；增程式電動(dòng)車可解決純電動(dòng)汽車的五大焦慮，市場(chǎng)化最可行。

 

       令人欣慰的是，筆者的主張逐漸被接受�？萍疾拷衲�1月將增程式列入“新三縱”；國(guó)家發(fā)改委在7月發(fā)布的《汽車產(chǎn)業(yè)投資管理規(guī)定（征求意見稿）》中將增程式列入純電動(dòng)汽車類。一旦新能源汽車補(bǔ)貼停止，產(chǎn)業(yè)進(jìn)入市場(chǎng)化階段后，預(yù)計(jì)微小型純電動(dòng)車和增程式電動(dòng)車將得到快速發(fā)展。

 

       筆者將增程式車技術(shù)的發(fā)展劃分為三代。

 

       第一代增程式電動(dòng)汽車是在純電動(dòng)汽車上加裝增程器，單純是為了增加行駛里程，電用完了由增程器發(fā)電。以寶馬i3為例，如加裝增程器則加價(jià)15％，0.7L排量發(fā)動(dòng)機(jī)，增程模式的車輛百公里油耗為5.35L。該小型車電池重，增程器功率高、耗能多，增程器發(fā)電與電池簡(jiǎn)單串聯(lián)，所以油耗較高。

 

       第二代增程式電動(dòng)汽車在技術(shù)上優(yōu)化了電力系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)減小、發(fā)動(dòng)機(jī)能效優(yōu)化、電池少且成本下降，車重減輕更節(jié)能。其優(yōu)點(diǎn)在于電池組不會(huì)過充和過放，壽命延長(zhǎng)，安全性較高；磷酸鐵鋰電池比能量合適，安全性進(jìn)一步提高；電池少，受補(bǔ)貼退坡和取消的影響��；增程行駛時(shí)比燃油車節(jié)油50％以上，大為省錢；可以不外接充電，免建充電樁，且能遠(yuǎn)距離行駛；如有充電條件，城市百公里內(nèi)節(jié)油率達(dá)80％以上；可沿用燃油車的生產(chǎn)及加油設(shè)施，便于發(fā)展；無里程、安全、充電、價(jià)格、電池五大焦慮。

 

       第二代增程式是燃油車與電動(dòng)車的融合，它改變了第一代單純延長(zhǎng)續(xù)駛里程的局限性，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。此技術(shù)已用于多款車輛，比如華龍新能源汽車有限公司的12米增程式客車，采用磷酸鐵鋰電池，市區(qū)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公司的增程式卡車能降低70％污染物排放，百公里油耗17L；日產(chǎn)汽車NOTE的e-POWER動(dòng)力系統(tǒng)屬于串聯(lián)式混合動(dòng)力，采用三缸1.3L排量發(fā)動(dòng)機(jī)，電池1.5kWh，百公里油耗僅2.9L；山東德州富路集團(tuán)的增程式低速車，采用鉛酸電池，單缸0.2L發(fā)動(dòng)機(jī)，油電效率299g/（kW·h），百公里油耗僅1.8L。

 

       不過，第二代增程式電動(dòng)車由于增程器發(fā)電充給電池，電池給電動(dòng)機(jī)供電，電流全部流過電池組，所以也有不足之處。一是電池充電-放電過程中能量至少有10％損耗；二是電池用量雖比純電動(dòng)汽車少，但因功率要滿足最高車速要求，電池用量仍需純電動(dòng)汽車的約40％，車價(jià)明顯高于燃油車；三是電池較多，車身較重，有減重節(jié)能潛力；四是電池始終高負(fù)荷工作，壽命受到影響。

 

       目前，我國(guó)江蘇公爵新能源汽車公司提出“發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車”，簡(jiǎn)稱“發(fā)電直驅(qū)電動(dòng)車”，可稱為第三代增程式技術(shù)。車上發(fā)電機(jī)發(fā)的電不必經(jīng)過電池而直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，克服了第二代增程式的缺點(diǎn)，且具備第二代的所有優(yōu)點(diǎn)，并可減少電池充電-放電10％能量損耗。其優(yōu)點(diǎn)是：電池進(jìn)一步減少，車重減輕，降低電耗；電池的大電流工作機(jī)會(huì)少，壽命延長(zhǎng)；電池用量少，成本進(jìn)一步降低；再算上高節(jié)油率，車輛全生命周期總費(fèi)用遠(yuǎn)低于同級(jí)別燃油車。而且，該技術(shù)適用于各種車輛，有助于節(jié)能減排。

 

       或許有人會(huì)說，增程式還是要燒油，不是最終目標(biāo)。對(duì)此，筆者想指出兩點(diǎn)，其一，如果我國(guó)汽車油耗降到現(xiàn)在的一半以下，每年將節(jié)省原油2億噸，這將有效地改善環(huán)境，提高能源安全，也可讓我國(guó)由汽車大國(guó)向汽車強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)一大步。其二，純電動(dòng)車未必是最終目標(biāo)，其裝電池多、車身重、耗電多，特斯拉在新加坡受罰便說明其弊端。對(duì)于新能源汽車來說，應(yīng)考核其全生命周期的節(jié)能減排。

 

       而且，未來的增程式電動(dòng)車可不燒油，改燒乙醇，既節(jié)能又不增加CO2排放。因此，筆者認(rèn)為，增程式不是“向純電動(dòng)汽車的過渡”，而是未來車輛的主力。

 

       總而言之，電動(dòng)汽車的主要矛盾是安全與純電動(dòng)里程間的矛盾。電動(dòng)汽車應(yīng)該減少電池用量、提高安全性、降低車價(jià)，而不是片面追求長(zhǎng)里程、多裝電池，或拼命提高比能量、增加危險(xiǎn)性。解決的辦法一是產(chǎn)品微小型化，二是發(fā)展增程式電動(dòng)車（或微小型化＋增程式），這是應(yīng)對(duì)補(bǔ)貼退坡、走向市場(chǎng)化的最佳技術(shù)路線。值得一提的是，增程式電動(dòng)車與磷酸鐵鋰電池是絕佳配對(duì)，解決了安全與里程的主要矛盾，最適合市場(chǎng)化。（作者系中國(guó)工程院院士）