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电池安全性成制约新能源汽车发展瓶颈
茹永刚:西安特来电新能源汽车有限公司副总经理

陈曦:哥伦比亚大学终身教授、国家"千人计划"专家

欧阳明高:清华大学长江学者特聘教授

孙逢春:北京理工大学教授

李斯蓉:三星环新(西安)动力电池有限公司技术部部长
  本报记者 赵雪 
  
过去几年,在政府的大力支持下,新能源汽车一路高歌猛进。据中国汽车工业协会数据统计,仅2015年,新能源汽车产量达340471辆,销量331092辆,同比分别增长3.3倍和3.4倍,伴随新能源汽车政策的持续鼓励,2016年预计全年销量将达70万辆。
    然而,随着新能源汽车的快速发展,其存在的一些行业弊端和技术缺陷也逐渐暴露出来。在刚刚结束的“2016中国新能源汽车产业创新发展论坛”上,多位专家就新能源汽车的电池安全性问题表示了自己的顾虑,同时就问题的产生原因作了全面分析,同时提出了不少解决对策。 
    

新能源汽车40%事故由电池引起

    “2016年至今新能源汽车发生了14起安全事故,我们通过对安全事故简单分析,发现有50%的安全事故是发生在行驶过程中,有40%是发生在充电过程中,其他是占了10%。”
    茹永刚表示,引起安全事故的原因,40%是由于电池引起的,35%是因为车辆原因引起的,5%是环境原因引起的,10%是操作不规范引起的。
    经过对安全事故案例进行总结,茹永刚认为导致安全事故的原因主要是几个方面:
    1、市场缺乏系统性的产品标准,同时部分现有的产品认证没有强制执行。
    2、设计者没有站在系统的角度对电池、BMS、充电设施及车辆进行方案考虑。
    3、部分厂家的电池及电动汽车设计技术和工艺有待完善。
    4、使用者在充电过程(特别是交流充电过程)的不规范操作。
    他表示,电动汽车安全是一个系统工程,电动汽车生态系统涉及到电池、车厂、充电设施和用户等很多环节,每个环节都有着不同的诉求,早期的设计方案应该从系统的角度出发,充分考虑整个系统工程,包括用户人身安全、用户信息安全、电网负荷安全、电池安全、BMS协同、车辆安全等方面。只有在设计过程综合考虑各方面要求,全视角出发做产品设计,才能使车辆的安全性大大提高。 
    

安全性 轻量化 续航里程是新能源汽车的三大痛点

    陈曦认为,安全性、轻量化和续航里程是新能源汽车的三大痛点,而安全性是新能源汽车发展的重中之重。
    他表示,汽车在传统意义上是向零部件厂购买各种各样的产品,这是一个拼凑的结构,每一块儿结构是各司其职。对于汽车安全性来说,传统车的结构大家做那么多年,很难再革命了。现在要发展新能源汽车,锂电池一类的产品已经遇到了发展瓶颈了,且短期内看不到锂电池的革命,他说这个时候新能源汽车要在技术上实现新的飞跃,必须发展多功能化材料,而这个材料最好可以同时解决电池安全、轻量化和续航里程的问题。
    陈曦说的多功能材料其实是一种纳米材料,他举了一个《有趣的鸡蛋实验》的简单的例子,是把鸡蛋从三米的高空跌落到泡沫塑料或者金属的上面,这是传统的减震材料,掉到其他材料上都会破碎,但掉到一个纳米多功能材料上,鸡蛋不但没有碎还弹开了。“说明这个材料的弹性很好,而且还可以吸收大部分的冲击能。”
    陈曦表示,“如果把这个材料同样包在电池上面,可以大幅度削减冲击力70%以上。”陈曦和自己的团队用日产的凌风做过实验。“当采用了安全系统之后,甚至可以把车门适当地削薄,车身本身的钢结构减重达到10%,车身的建重部分加上电池,就差不多200多公斤,可以直接提高行车里程一倍左右。如果能把电池分布化放在车身上面,这样可以把续航里程增强,而且也能实现多功能化的想法。” 
    

动力电池的技术瓶颈是安全性

    “今年上半年以来,新能源汽车发展延续了去年的增长势头,预计今年有望实现产销量超过50万辆,我们分析认为到八月份的数据,可以超过50万辆。这样我们新能源汽车的保有量就有可能达到100万辆,这是非常具有标志性的。”
    欧阳明高表示,新能源汽车的核心是动力电池,动力电池下一步的技术瓶颈是安全性。
    “当然,新能源汽车发展还面临很多其他的问题,但其中最关键的是安全性。”他说,安全性会导致很多问题,其中最需要关注的是安全系数。“安全”是新能源汽车发展的生命线。“我们要建立先进的电池热安全科学与技术体系,来防控热失控事故,保障电动汽车的安全性。”
    据他介绍,动力电池是一个特殊的电气化装置,从电压和温度来看是很小的窗口,超过这个窗口就会出现不正常的状态。核心是热失控,也就是温度到达一定的程度,随着温度上升,电池会引发一系列的反应,最后导致短路和燃烧。
    “不同类型的电池各自的安全范围是不一样的。在成组电池方面,如果一个电池出现热失控不是特别大的问题,最大的问题是在整个电池组织内扩展,所以安全性是亟待解决的核心问题。”
    他表示,随着电动汽车的发展加速,安全性技术门槛会越来越高,“相信再过十年,做电动汽车的企业会由于安全性的瓶颈技术大大减少。”
  

革新技术之外 有效严格的监管必不可少

 
    电动汽车的三大系统工程,一是整车,二是充电设施,三是智能运行监控。
    孙逢春表示,现在使用电动汽车的人越来越多,目前电动汽车的销量超过了汽车销售总量的1%。然而电动汽车安全事故频发,有在路上烧的,也有在车库烧的,引发的原因有电池诱发的,也有电气诱发的。“安全问题是电动汽车目前亟待解决的一大问题。”
    安全性是电动汽车、新能源汽车的首要保障,电动汽车跟传统汽车一样,有总体安全设计。
    “有的电动汽车企业为了降低成本,把很多不能省的都省了,造成了一些安全问题。”他认为,在对新能源汽车进行轻量化设计的时候,要保证系统的安全,比如将电池箱一部分转移到车身,可以有效地增加钢度、强度与碰撞的安全性。“要在整车的设计里面,对电池系统进行监控,包括对电池系统插接温度监控与自动报警等装置,同时进行网络远程监控,那样系统可以对烟雾与火警进行自动监控报警。”
    另外,行驶控制模式上也要具备很好的安全设施,必须有保护模式。在特殊紧急情况下还有强制模式,这些模式能够在电动汽车出现问题和故障的时候,有效保护电动汽车的安全。
    他表示,电池有两大核心关键技术,一是动力电池产品技术,包括材料、电机等等;另一个是电池组应用技术。
    “从我20多年的实践经验来看,连接的模式对安全非常重要”,他提出了用先并后串、分箱集成、分组充电的方法,并做了一些实验。发现先并联后并联电池组的寿命要高很多,在充放电安全控制方面,可以有效提高安全性。
    孙逢春强调,电池箱设计要轻量化结构与保护设计并存。他说,“电动汽车技术安全是开发设计出来的,电动汽车产品安全是品质保障制造出来的,电动汽车运行安全是严格监管出来的。”他认为,要提高新能源汽车安全性,除了在研发技术进行革新外,有效、严格的监管措施也可以起到一定的作用。 
   

生产环节必须将安全性放在首位

    作为电池生产商,面对多位专家针对电池安全性提出的疑问与顾虑,三星环新(西安)动力电池有限公司技术部部长李斯蓉表示,该企业在生产过程中,严格按照规范来操作,产品质量都是有保障的,她现场还详细介绍了三星在电池生产过程中的一些产品技术和管理模式。
    她表示,要使新能源汽车电池安全性得到保证,首先在系统设计上要保证产品的安全;其次是保证电池和模组的一致性;另外,在持续进行能量密度提升的同时,既要满足大众对续航里程的要求,也要以安全性为前提条件来考虑;再有就是要在工厂生产过程中严格控制环境条件,全面进行安全性验证。
    “从研发至出厂,每个环节必须将安全性放在首位,同时进行严格管控。只有各个环节规范统一,才能使安全性得到有效保证。”

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