鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:857次 | 2019年01月21日
電動(dòng)汽車鋰電池易燃爆、續(xù)航短的問(wèn)題怎么解決
2019年1月11-13日,以“汽車革命與交通、能源、城市協(xié)同發(fā)展”為主題的“中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇(2019)”在北京釣魚臺(tái)國(guó)賓館召開(kāi)。中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)-歐陽(yáng)明高,在12日下午進(jìn)行的全球零排放與全面電動(dòng)化大會(huì)上發(fā)表了主題演講,其中不乏對(duì)大家較為關(guān)心的純電動(dòng)力的技術(shù)方面做出了展望。
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鋰電池安全問(wèn)題不容忽視
固態(tài)電池值得大力投入
說(shuō)起鋰離子電池,想必大家都不陌生。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
自2008年鋰離子動(dòng)力電池應(yīng)用于電動(dòng)汽車的這10年內(nèi),全球電動(dòng)汽車中約86%釆用了鋰離子電池為電力供應(yīng),也就是說(shuō),在電動(dòng)汽車開(kāi)發(fā)方面,鋰離子電池已經(jīng)成為了主流。在實(shí)際裝車產(chǎn)品的能量密度方面,也提高了2.5倍,實(shí)現(xiàn)了蓄電池領(lǐng)域百年來(lái)革命性的突破。
從車用角度來(lái)說(shuō),電池最重要的是體積能量密度而不是重量能量密度,而鋰離子電池在這個(gè)方面恰恰是最具優(yōu)勢(shì)的。現(xiàn)在的鋰硫電池、鋰空氣電池,雖然理論重量能量密度比較高,但體積能量密度目前還很難超越鋰離子電池。所以說(shuō),鋰離子電池具有成為動(dòng)力電池主流技術(shù)的潛質(zhì)和前景。
但是,高比能量動(dòng)力電池的安全性問(wèn)題也不得不引起我們的重視。去年6月12日晚,一則北汽新能源車在4S店門口起火的視頻在微博上瘋傳。從視頻中可以看到,起火事件發(fā)生在一個(gè)汽車城內(nèi)的北汽新能源4S店門口,一輛北汽新能源汽車底盤附近出現(xiàn)明火,并伴隨陣陣疑似從電芯模組處傳出來(lái)的爆炸聲。雖然北汽沒(méi)有對(duì)此次事故作出官方回應(yīng),不過(guò)看情況應(yīng)該是跟電池有關(guān)。
縱觀2018年,發(fā)生著火的電動(dòng)汽車,既有深耕多年的比亞迪,也有借殼上市的北汽新能源和造車新勢(shì)力威馬,以及網(wǎng)紅特斯拉。對(duì)此,歐陽(yáng)明高更是指出,有些事故車輛使用的電池基本上是在2016年左右生產(chǎn)的,大概是NCM523體系,所以隨著高鎳的應(yīng)用,電池的熱穩(wěn)定性將會(huì)變差。
面對(duì)未來(lái)電池的安全性風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)更大,歐陽(yáng)明高表示,必須要采取手段來(lái)預(yù)防安全性問(wèn)題。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
其一,當(dāng)前鋰離子電池從單體層面完全杜絕熱失控是不太現(xiàn)實(shí)的,我們可以從電池系統(tǒng)的熱機(jī)電設(shè)計(jì)與控制設(shè)計(jì)來(lái)防止誘發(fā)和蔓延,即便單體出現(xiàn)熱失控也不會(huì)發(fā)生事故。
其二,從改善電池本身安全性出發(fā),要發(fā)展新型的固態(tài)電解質(zhì)電池。當(dāng)前國(guó)內(nèi)也有一些固態(tài)電池,但還不是全固態(tài)電池,全固態(tài)電池大規(guī)模商業(yè)化估計(jì)在2025-2030年以后才會(huì)真正實(shí)現(xiàn)。同時(shí),中國(guó)電池產(chǎn)業(yè)雖暫時(shí)取得優(yōu)勢(shì),但國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)壓力巨大。日本為應(yīng)對(duì)中國(guó)和韓國(guó)電池產(chǎn)業(yè)的崛起,舉全國(guó)之力研發(fā)下一代固態(tài)電池,每年政府經(jīng)費(fèi)達(dá)到50-100億日元;而美國(guó)和歐洲原有的電池產(chǎn)業(yè)雖比較薄弱,但他們也在全力開(kāi)發(fā)新一代固態(tài)電池,以實(shí)現(xiàn)超越。所以,我們更需要全力追趕固態(tài)電池的前沿技術(shù),克服技術(shù)瓶頸。
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降低電耗比提升電池容量更有意義
慢充應(yīng)成為主體的供電模式
除了電池,大家目前關(guān)注最多的可能就是續(xù)航里程了,但解決了電池問(wèn)題并不代表可以解決續(xù)航里程的全部問(wèn)題。
現(xiàn)階段,電動(dòng)汽車的續(xù)航里程已經(jīng)從150公里普遍提高到了300公里以上,甚至更多。根據(jù)1月4日國(guó)家工信部發(fā)布的第13批《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》可以了解到,本期目錄中工況續(xù)航里程400公里以上的多達(dá)19款,其中500公里以上的有兩款,分別是比亞迪秦ProEV600和北汽新能源EX3。
相信作為電動(dòng)汽車的車主,大家都深有體會(huì),實(shí)際的續(xù)航里程對(duì)氣溫和駕駛風(fēng)格是非常敏感的。所以即便是電動(dòng)汽車的續(xù)航能力在不斷提升,但由于實(shí)際的續(xù)駛里程低于期望值,大家還是會(huì)怨聲載道。
就拿造車新勢(shì)力蔚來(lái)來(lái)說(shuō),就有車主吐槽稱,他花40萬(wàn)左右買了一輛蔚來(lái)ES8,早期廠商宣稱該車的最長(zhǎng)續(xù)航能力能夠達(dá)到500公里,綜合續(xù)航為335公里,新車剛買來(lái)開(kāi)的時(shí)候是沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)任何問(wèn)題,可就在進(jìn)入寒冬之后,車子的續(xù)航能力直接降到了150公里,導(dǎo)致根本不敢開(kāi)車出遠(yuǎn)門,讓人倍感煩惱。
其實(shí)不止蔚來(lái),冬季續(xù)航里程縮短幾乎是所有電動(dòng)汽車的通病,除外部環(huán)境外,我們還要注意車速、駕駛方式、充電方式以及耗電設(shè)備的使用等方面,所以,這些都無(wú)不讓大多數(shù)車主感覺(jué)自己買了個(gè)“電動(dòng)爹”回家。
對(duì)此,歐陽(yáng)明高指出,靠增大電池裝載量來(lái)增加續(xù)駛里程不是根本出路,提高電動(dòng)汽車的能效和充電便利性才是主流技術(shù)路線。
其一,在能效方面,高效電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)變革將會(huì)在未來(lái)5年發(fā)生,即電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高速化、高效化、小型化?,F(xiàn)在轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到1.8萬(wàn)轉(zhuǎn)/min,未來(lái)可能會(huì)到2萬(wàn)轉(zhuǎn)/min;電機(jī)的體積、重量逐步減少。由于電機(jī)材料成本下降,電機(jī)成本也會(huì)下降。
其二,以碳化硅為代表的新一代高頻、高效電力電子將普遍使用,這也將會(huì)支撐高速電機(jī)的發(fā)展,使電機(jī)向小型、高效、低成本方向發(fā)展。據(jù)了解,美國(guó)能源部最近提出,面向2025年極具挑戰(zhàn)性的目標(biāo):電機(jī)達(dá)到50千瓦/L,電機(jī)控制器100千瓦/L。這個(gè)目標(biāo)如果實(shí)現(xiàn),將對(duì)電動(dòng)車產(chǎn)生革命性的影響。
其三,是熱管理,新一代熱泵空調(diào)技術(shù)已經(jīng)取得重大突破,并開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化推廣,現(xiàn)在已經(jīng)有企業(yè)裝車,這會(huì)降低對(duì)氣溫的敏感性,使冬季低溫環(huán)境下續(xù)駛里程的損失比現(xiàn)在降低2/3,從30%降到10%。
以榮威Ei5為例,官方數(shù)據(jù)顯示,在-10℃—-5℃的環(huán)境中,Ei5的熱泵空調(diào)可以比傳統(tǒng)PTC制暖節(jié)能30%;在高于-5℃的環(huán)境中,熱泵空調(diào)可比傳統(tǒng)PTC傳統(tǒng)制暖節(jié)能50%以上;若將節(jié)能的效果直觀地轉(zhuǎn)化成里程來(lái)表示,在外界環(huán)境-7℃,車內(nèi)設(shè)定溫度為20℃情況下,Ei5的行駛里程較使用傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的車輛行駛距離增加15%以上。
在電池容量不變的情況下,單憑熱泵空調(diào)的使用,車輛行駛里程可以增加15%以上,這也正是電耗降低的積極意義所在。
還有就是整車能效優(yōu)化集成技術(shù)的突破,可以說(shuō)電耗是整車集成技術(shù)水平最重要的指標(biāo),電動(dòng)車的節(jié)能比燃油車更重要,應(yīng)該采用法規(guī)來(lái)管理。日產(chǎn)聆風(fēng)是一個(gè)標(biāo)桿車型,小型車NEDC工況接近10度電/百公里,裝載40-60度電可以行駛400-500公里,降低了電池的裝載量。
八月認(rèn)為,如果真的以法規(guī)的形式來(lái)管理電動(dòng)汽車的能耗問(wèn)題,那么車企在今后的新車開(kāi)發(fā)過(guò)程中,就要盡量適配能降低電耗的部件,比如熱泵空調(diào)、集成度更高的電驅(qū)系統(tǒng)以及能量回收效率更高的iBooster剎車系統(tǒng)等。
其三,是充電的便利性,即充電體系的建設(shè)和快充技術(shù)的突破。中國(guó)(民用電)是220伏的電壓,非常適合小功率慢充?,F(xiàn)在應(yīng)該盡量使家用轎車都配置慢充樁,這將成為主體的供電模式,未來(lái)成為能源互聯(lián)網(wǎng)的終端節(jié)點(diǎn);10-15分鐘的快速充電是必備的,但快充的定位是應(yīng)急,不是主體充電的模式,快充占比大概承擔(dān)15-20%。現(xiàn)在的350千瓦直流快充和換電代價(jià)都太大了,還不理想。預(yù)計(jì)今后5-7年,新一代與儲(chǔ)能結(jié)合、安全可靠的快充技術(shù)將會(huì)出現(xiàn),這一塊創(chuàng)新空間很大。
說(shuō)到充電便利性,“柳州模式”倒是一個(gè)很好的例子。柳州的充電樁比較特別,與其說(shuō)是充電樁,不如說(shuō)是一個(gè)220V的充電插座,具備修建成本低,功率低等特點(diǎn),從而造就了柳州以慢充為主的特色充電網(wǎng)絡(luò)。截至2018年10月,柳州共安裝了充電插座9208個(gè),與修建傳統(tǒng)充電樁相比節(jié)約資金6.1億元。一共2.7萬(wàn)臺(tái)車,超過(guò)9000個(gè)插座,相當(dāng)于每三臺(tái)車就擁有一臺(tái)插座,柳州市民已經(jīng)和充電難說(shuō)再見(jiàn)了。
此外,歐陽(yáng)明高就未來(lái),對(duì)電動(dòng)汽車市場(chǎng)化路線圖做了一個(gè)簡(jiǎn)單的展望。
1、2025年電池系統(tǒng)的價(jià)格將會(huì)達(dá)到100美元/千瓦時(shí)左右,基于全生命周期的成本,計(jì)算燃油汽車的價(jià)格和全生命周期的費(fèi)用,燃油車和電動(dòng)汽車將會(huì)持平。
2、最嚴(yán)格的排放法規(guī)即將實(shí)施,燃油機(jī)的成本將會(huì)上升,拐點(diǎn)即將到來(lái)。
3、到2025年左右,純電動(dòng)汽車性價(jià)比會(huì)實(shí)現(xiàn)大的突破。
最后,八月想說(shuō),按照現(xiàn)在的趨勢(shì)來(lái)看,純電動(dòng)汽車的續(xù)航里程逐步提升,慢充設(shè)施逐漸普及,快充時(shí)間不斷縮短,如果連電動(dòng)汽車的成本再下探至與燃油車一致,那么電動(dòng)車將有望徹底取代燃油車??傊?,新能源汽車市場(chǎng)的開(kāi)放和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)將會(huì)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新,加速市場(chǎng)推廣,加快成本下降。也就是說(shuō),純電動(dòng)不是要收縮和退出,而是要抓住機(jī)遇,直面挑戰(zhàn)。