2011年4月11日，杭州街頭一輛正在試運(yùn)營的純電動(dòng)出租車在行駛至市區(qū)繁華路段時(shí)發(fā)生自燃。僅僅3個(gè)月后的7月18日，上海市一輛825路純電動(dòng)公交車再次發(fā)生自燃，幸未造成人員傷亡。經(jīng)過鑒定，引發(fā)事故的原因均是電池成組后不能完全滿足車輛使用環(huán)境的需求，在應(yīng)用過程中出現(xiàn)了電池漏液、絕緣受損以及局部短路的情況，且未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過多次重復(fù)使用以后，隱患顯現(xiàn)。
在新能源汽車推廣過程中，若動(dòng)力電池頻繁地發(fā)生安全事故，勢(shì)必對(duì)推廣造成極大負(fù)面影響。不禁要問：中國的新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)真的已經(jīng)成熟了嗎？
早熟的電動(dòng)車市場
“實(shí)際上，目前國內(nèi)的鋰離子動(dòng)力電池還沒有達(dá)到在電動(dòng)車上裝車運(yùn)營的成熟度，國內(nèi)常以能裝車行駛作為成功標(biāo)志是極其不嚴(yán)肅的。”深圳市欣旺達(dá)電子股份有限公司研發(fā)總監(jiān)鄭偉偉對(duì)《國際電子商情》記者表示。
欣旺達(dá)從2009年開始投入新能源汽車動(dòng)力電池BMS研究的，經(jīng)歷了3-4代產(chǎn)品過程。今年上半年主要進(jìn)行了區(qū)別于業(yè)界常規(guī)方案的全新BMS（電源管理系統(tǒng)）原理驗(yàn)證、電池箱結(jié)構(gòu)強(qiáng)化設(shè)計(jì)、熱管理研究與實(shí)現(xiàn)等工作。其BMS產(chǎn)品目前已經(jīng)在陸地方舟等車型上裝車，單車行駛了數(shù)千公里。
鄭偉偉指出，作為新能源汽車的核心部件，汽車行駛的動(dòng)力電池組在投入運(yùn)營以前，應(yīng)該經(jīng)過一系列非常全面、嚴(yán)格的測(cè)試過程：
首先是實(shí)驗(yàn)室測(cè)試與實(shí)驗(yàn)。模擬長期實(shí)際使用過程中可能遇到的各種極端情況和它們的可能組合，看看動(dòng)力電池組是否能夠承受；然后依據(jù)合理的加速試驗(yàn)?zāi)Ｐ停赡芤槍?duì)不同的失效模式設(shè)計(jì)多種加速試驗(yàn)?zāi)Ｐ停?，在?shí)驗(yàn)室進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)；還應(yīng)該進(jìn)行非常規(guī)的濫用試驗(yàn)，比如撞擊、落水、持續(xù)短路，以及內(nèi)部各種易損的、關(guān)鍵的元器件損壞等等，看看它能產(chǎn)生多大的危害、是否能讓車上乘員有足夠的時(shí)間停車、逃離。
然后是整車路試。先由整車廠派出對(duì)異常處置經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)試車員試車幾千到幾萬公里，然后是類似寶馬Mini E的那種社會(huì)召集、嚴(yán)密跟蹤的志愿者試車。
最后才能像燃油汽車那樣銷售給普通消費(fèi)者上路。“試想，這一套做下來需要多少時(shí)間，要用掉多少樣車？這就是歐洲車廠遲遲不能上市電動(dòng)車的真實(shí)原因。不過，如果我們采用并行作業(yè)法，讓一個(gè)產(chǎn)品同時(shí)進(jìn)行不同階段的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、或者內(nèi)部試車作業(yè)，就可以大大縮短上市進(jìn)程?！彼f。
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鋰電池士氣不減
由于在上述兩起自燃事故中，電動(dòng)車輛所使用的都是磷酸鐵鋰電池，因此有人對(duì)電池的安全性提出了質(zhì)疑。不過有業(yè)內(nèi)人士就表示，一般來說，磷酸鐵鋰電池的安全性相對(duì)其他電池(鉛酸電池除外)來說是安全的，不會(huì)像普通的鋰電池一樣爆炸，但是會(huì)燃燒。這個(gè)燃燒不是電池問題，而是電池內(nèi)部電池組太多，放在一個(gè)空間里面，通風(fēng)不夠造成電池溫度升高，容易引起電池外殼高溫自燃。
事實(shí)上，目前越來越多的汽車廠家選擇采用鋰電池作為新能源汽車的動(dòng)力電池，如美國福特、克萊斯勒，日本豐田、三菱、日產(chǎn)、韓國現(xiàn)代、法國Courreges、Ventury等。而國內(nèi)汽車制造商比亞迪、吉利、奇瑞、力帆、中興等車企也紛紛在自己的混合動(dòng)力和純電動(dòng)汽車中搭載動(dòng)力鋰電池。
鄭偉偉表示,由于鉛酸電池主原料鉛很容易造成污染，近期已有大批工廠被關(guān)閉，加上這種技術(shù)能量密度低、壽命又短，不可能成為未來市場的主角了，而鎳氫電池雖然比較成熟、安全，但其能量密度還是太低，而且鎳是貴金屬，價(jià)格已經(jīng)沒有多少下降空間。電池管理技術(shù)是可以進(jìn)步的，但鎳金屬資源總是有限的，因此未來最看好磷酸鐵鋰和錳酸鋰電池。
“首先，他們的材料比較容易獲得，未來預(yù)期成本比較低，這是動(dòng)力電池獲得大規(guī)模應(yīng)用的前提條件；其次，它們的安全性能比較好（但是目前動(dòng)力電池的安全瓶頸可能更多的是受制于電解液、隔膜以及材料與工藝的穩(wěn)定性）；最后，它們的循環(huán)和日歷壽命目前看來都不錯(cuò)，而且有多廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。但是，磷酸鐵鋰的專利問題是懸在我們頭上的一把利劍，雖然我國專利法有機(jī)會(huì)拒絕此專利，但如果中國迫于西方的壓力，承認(rèn)其專利的有效性，動(dòng)力電池領(lǐng)域可能會(huì)重蹈DVD行業(yè)的覆轍?！彼f。
至于其它稀土電池，鄭偉偉則表示由于技術(shù)沒有公開，也沒有多廠家跟進(jìn)，就像當(dāng)年的“鐵電池”一樣，無法評(píng)價(jià)。“但從供貨安全的角度考慮，我們不會(huì)選擇獨(dú)家生產(chǎn)的電池和原料。”他強(qiáng)調(diào)說。
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BMS筑起安全防線
杭州賽恩斯能源科技有限公司專注于磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)技術(shù)研發(fā)，其動(dòng)力系統(tǒng)專門針對(duì)繁忙的城市公共交通設(shè)計(jì)，現(xiàn)已經(jīng)安裝在多輛科研樣車上，進(jìn)行了幾萬公里的城市道路及長途公路運(yùn)行試驗(yàn)，整車性能優(yōu)異，節(jié)能效果明顯，動(dòng)力系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，達(dá)到可示范運(yùn)營和推廣的要求。
李革臣：安全的電池是保障新能源汽車發(fā)展的根本，業(yè)內(nèi)必需引起足夠的重視。8mBesmc
該公司總經(jīng)理李革臣教授指出：“安全的電池是保障新能源汽車發(fā)展的根本，業(yè)內(nèi)必需引起足夠的重視。目前的近萬輛電動(dòng)汽車，已有幾起發(fā)生燃燒的情況，若普及到幾百萬輛后，每年將有上千起安全事故。在新能源車推廣過程中，若動(dòng)力電池頻繁地發(fā)生安全事故，勢(shì)必對(duì)電動(dòng)車的推廣造成極大負(fù)面影響?！?
賽恩斯突破傳統(tǒng)小電池結(jié)構(gòu)串并聯(lián)難點(diǎn)，推出大容量鋰動(dòng)力電池“本質(zhì)安全性”解決方案。8mBesmc
為此，賽恩斯將安全性作為生產(chǎn)的第一指標(biāo)，突破傳統(tǒng)思維方式，通過解決傳統(tǒng)小電池結(jié)構(gòu)串并聯(lián)方式的技術(shù)難點(diǎn)，提出了構(gòu)成大容量鋰動(dòng)力電池“本質(zhì)安全性”的解決方案。那么，什么是“本質(zhì)安全性”？
李革臣教授解釋說：“世界上沒有絕對(duì)安全的電池，根據(jù)本質(zhì)安全性理論，賽恩斯采用低阻抗軟連接晶體方式，由數(shù)以萬計(jì)的小型圓柱形電池組合成超大容量動(dòng)力鋰電池。單個(gè)小容量電池能量有限，若發(fā)生燃燒爆炸不足以產(chǎn)生損害性后果，其能量不會(huì)引起電池系統(tǒng)的連鎖反應(yīng)。通過對(duì)本質(zhì)安全動(dòng)力鋰電池進(jìn)行短路、針刺、高溫、擠壓、過充電、過放電、跌落、水浸、火燒、qiang擊等試驗(yàn)，證實(shí)了賽恩斯動(dòng)力鋰電池具有本質(zhì)安全性能?！?
與此同時(shí)，賽恩斯提出的動(dòng)態(tài)一致性相關(guān)方法，如極化特性法、多維激勵(lì)法、多點(diǎn)頻譜法和數(shù)學(xué)模型參數(shù)法，可充分滿足動(dòng)力電池的動(dòng)態(tài)一致性的基本要求。該技術(shù)可在24小時(shí)內(nèi)批量準(zhǔn)確檢測(cè)動(dòng)力鋰電池單體在不同溫度、不同荷電態(tài)下的30天自放電性能，準(zhǔn)確度達(dá)到2%。可應(yīng)用于批量電池生產(chǎn)組合分類。該技術(shù)的應(yīng)用有效延長了鋰動(dòng)力電池組壽命，大大減輕了電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度并為BMS提供科學(xué)的設(shè)計(jì)依據(jù)。
深圳市景佑能源科技有限公司從2008年開始涉足新能源動(dòng)力電池領(lǐng)域，經(jīng)多年發(fā)展，目前主要可以提供鋰電池組、BMS電池管理芯片、數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)芯片等。該公司董事長蔡世奇對(duì)《國際電子商情》記者表示，在傳統(tǒng)的BMS系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，往往強(qiáng)調(diào)熱管理，即監(jiān)測(cè)單個(gè)電池的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，使電池箱各處的溫度盡可能一致，避免因溫度過高引起的電池造成差異、不均衡或損壞，但是，景佑能源另辟蹊徑，把重心放在了“散熱”上，開發(fā)的鋰動(dòng)力電池模塊采用獨(dú)特的結(jié)構(gòu)嵌入技術(shù)，單只電池液體/風(fēng)冷冷卻，實(shí)現(xiàn)了先降溫再管理。
蔡世奇：景佑能源另辟蹊徑，把重心放在了“散熱”上，實(shí)現(xiàn)了先降溫再管理。8mBesmc
并且，景佑能源采用了“串并共管”的混合管理控制系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控電池組每個(gè)單體電池的運(yùn)行狀況，一旦某一單體電池出現(xiàn)故障，系統(tǒng)快速對(duì)故障電池進(jìn)行隔離，最多可同時(shí)隔離5個(gè)單體電池并實(shí)現(xiàn)故障警示，使用戶在維修站就可對(duì)故障電池進(jìn)行單體更換，無需更換整個(gè)電池包，大大降低了動(dòng)力電池的維護(hù)成本。
瑞薩電子從2005年就開始關(guān)注新能源汽車，并推出多個(gè)系列的控制芯片應(yīng)對(duì)市場需求，豐田Pruis（HEV）、日產(chǎn)Leaf、本田即全系采用了瑞薩電子的主控芯片，同時(shí)也在積極同中國國內(nèi)的主要車廠進(jìn)行合作，其中包括一汽，比亞迪，東風(fēng)等大廠。
瑞薩電子在電機(jī)控制方面推出了Px4-E和SH72A雙系列控制芯片，均內(nèi)置RDC，在減少價(jià)格成本的同時(shí)又精簡了板級(jí)面積,提高了電磁兼容性。其中Px4-E系列芯片還配有冗余自檢內(nèi)核，大大提高了系統(tǒng)的安全性。這兩個(gè)系列的產(chǎn)品在中國市場都引起了強(qiáng)烈的關(guān)注。而在能源管理單元方面，瑞薩可以提供電池單元管理芯片，充電控制系統(tǒng)以及數(shù)字式DC/DC。其中R2A20028可管理12個(gè)電池單元，而數(shù)字DC/DC內(nèi)置有高速M(fèi)CU，主頻可達(dá)200MHz以上。
于宗源：新能源汽車的電機(jī)控制與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)確實(shí)存在很大的不同。8mBesmc
該公司汽車電子產(chǎn)品中心產(chǎn)品市場科經(jīng)理于宗源表示：“新能源汽車的電機(jī)控制與傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)確實(shí)存在很大的不同。瑞薩電子攜手日本的主流電機(jī)設(shè)計(jì)方，共同推出基于瑞薩芯片的EV主驅(qū)電機(jī)控制方案，幫助國內(nèi)車廠邁過技術(shù)門檻，實(shí)現(xiàn)整車設(shè)計(jì)。”
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換電不如錯(cuò)峰
能源補(bǔ)給問題是電動(dòng)汽車推廣的瓶頸之一，日前，繼國家電網(wǎng)確定電動(dòng)車“換電為主”的技術(shù)路線后，南方電網(wǎng)也宣布推行該技術(shù)路線。不過鄭偉偉表示，“充電”模式更安全可靠，理由如下：
先談“充電”?！俺潆姟狈挚斐浜吐鋬纱箢悾闆r有很大區(qū)別。只要是采用電化學(xué)原理制成的電池，過快的充電都是難以接受的，必然會(huì)降低電池的使用壽命、能量密度，或者大大提高電池成本。即使是采用物理原理儲(chǔ)能的超級(jí)電容，要將幾小時(shí)消耗的能量在幾分鐘內(nèi)充入電容，其內(nèi)部的電氣與機(jī)械結(jié)構(gòu)要求將大大提高，充電出現(xiàn)事故的風(fēng)險(xiǎn)也大大提高。所以，儲(chǔ)能單元是不希望用快充方式的。
中國現(xiàn)有發(fā)電能力已經(jīng)超過9億千瓦，每晚閑置的發(fā)電能力粗略估計(jì)起碼有27億千瓦時(shí)。假如中國有1億臺(tái)電動(dòng)車，每天每臺(tái)車平均要行駛100kM以上，將20kWh的電能用完，也只需要20億千瓦時(shí)/每天的電能?？梢?，如果采用夜間的用電低谷對(duì)電動(dòng)車充電，實(shí)際上不需要對(duì)電網(wǎng)和發(fā)電能力做大的調(diào)整。
“作為上班族用的短途純電動(dòng)車，消費(fèi)者對(duì)綜合使用成本是很敏感的，慢充帶來的電池長壽命和夜間低廉的電價(jià)，對(duì)他們無疑是有很大吸引力的。只有被市場消費(fèi)者認(rèn)可的產(chǎn)品，才有機(jī)會(huì)獲得快速的發(fā)展。”他說。
再談“換電”。鄭偉偉表示，所謂“換電”其實(shí)也是利用夜間低谷充電才有技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。換電可以解決續(xù)駛里程問題，在車體龐大的公交車上可以比較容易實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)技術(shù)積累，使此模式獲得實(shí)用。對(duì)于乘用車，電池倉空間狹小、形狀各異、更新節(jié)奏快，無法滿足標(biāo)準(zhǔn)化的要求，不贊成“換電”模式。
不過他也指出，換電雖然快捷，但是技術(shù)實(shí)現(xiàn)還有很大的困難！首先，汽車的抗振、抗沖擊和環(huán)境適應(yīng)性要求非常高，就算允許用焊接、螺絲等永久固定方法，尚且有不少燃油乘用車達(dá)不到安全標(biāo)準(zhǔn)。而要滿足快速拆換的要求，必須要保留間隙和鎖扣結(jié)構(gòu)，它們都是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的瓶頸，怎么可能輕易就滿足了安全要求？
其次，電池箱與車體之間有各種線纜連接，任何一個(gè)連接點(diǎn)出了問題，車就跑不起來了。更嚴(yán)重的是，連接頭經(jīng)過長期顛簸，母線觸點(diǎn)很難滿足接觸電阻要求。假如出現(xiàn)30毫歐的接觸電阻，在200A的電流下會(huì)產(chǎn)生千瓦電爐的熱量，接觸點(diǎn)將會(huì)迅速燒毀。即使只有輕微接觸問題，溫升也會(huì)加速觸點(diǎn)的氧化，若不及時(shí)處理，最終觸點(diǎn)發(fā)熱將引燃周圍的可燃物體。
另外，固定線路的公交或市政車輛都屬于政府所有，其標(biāo)準(zhǔn)電池的歸屬比較單一，不會(huì)有電池電量與質(zhì)量的糾紛；但用于各屬其主的乘用車就不同了，電池可用電量、電池質(zhì)量、新舊程度等都會(huì)帶來無盡的爭執(zhí)，尤其在中國信用體系尚不健全的情況下，就更加難以推廣標(biāo)準(zhǔn)電池更換模式了。
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增程式電動(dòng)車領(lǐng)跑最后一公里
去年年底，奇瑞在第二十五屆世界電動(dòng)車大會(huì)上推出了中國國內(nèi)首臺(tái)增程式純電動(dòng)汽車S18D-REEV，其特點(diǎn)是以純電驅(qū)動(dòng)為主，增程為輔，當(dāng)車載電池電量消耗至最低臨界限值時(shí)，增程器將自動(dòng)啟動(dòng)，并為其繼續(xù)提供電能或直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)高達(dá)數(shù)百公里的續(xù)駛能力。
于宗源認(rèn)為：“純電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車代表了兩種觀念。但是作為終極目標(biāo)，純電動(dòng)汽車將會(huì)是唯一的選擇。其中增程式純電動(dòng)汽車也是純電動(dòng)車的一種，采用了輔助發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行發(fā)電，彌補(bǔ)了現(xiàn)階段電池的不足。其會(huì)是純電動(dòng)汽車發(fā)展過程中一種有益的補(bǔ)充?！?
李革臣教授表示，純電動(dòng)城市公交客車是未來發(fā)展方向，鑒于目前電源系統(tǒng)的技術(shù)水平及城市配套設(shè)施現(xiàn)狀，現(xiàn)階段全面推廣純電動(dòng)客車遇到技術(shù)和市場的雙重壁壘。而目前相對(duì)較成熟的混合動(dòng)力客車也存在節(jié)能效果欠佳，動(dòng)力性、駕乘舒適性、維護(hù)性差等不足。
與純電動(dòng)汽車相比，其電池用量小、續(xù)駛里程長、可與HEV相同，并且電池可以淺度DOD充放電，電池壽命延長，而且不需建充電站即可運(yùn)行，需要時(shí)建立小功率充電樁。是一種配有車載供電功能的純電動(dòng)汽車。
與混合動(dòng)力相比，增程式電機(jī)直驅(qū)，無離合器、變速箱，結(jié)構(gòu)比較簡單；工作中電池處于良性平臺(tái)淺充放，能保證電池的使用壽命，并因其電池容量大，能進(jìn)行純電模式行駛；發(fā)動(dòng)機(jī)能一直處于最佳工作狀態(tài)，排放小、效率高；具有外接充電方式，能利用夜間的低價(jià)低谷電充電。是一種能純電行駛的插電式串聯(lián)混合動(dòng)力。
“增程式可以根據(jù)不同城市千變?nèi)f化的運(yùn)營環(huán)境，靈活變換以下三種工作模式（純電動(dòng)工作模式、混合動(dòng)力模式、插電式工作模式），達(dá)到最佳節(jié)油效果。隨著磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的不斷成熟，未來5到8 年內(nèi)，增程式電動(dòng)車將是很有競爭力的主力車型。”李革臣教授如是預(yù)言。
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責(zé)編：Quentin
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