鉅大LARGE | 點擊量:1412次 | 2020年10月08日
三元鋰離子電池頻繁燒車的技術(shù)原因是什么
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,今年五月又有4輛車先后燃燒,造成3死1傷。今年1~六月,國外新能源汽車發(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)該不是重要問題。事故起因重要是嚴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。
電池組和汽油箱相同,是一種含高能物質(zhì)的部件,是電動汽車安全性的物質(zhì)基礎(chǔ)。鋰離子電池中的電解液用易燃的溶劑配制而成,正極氧化劑和負極還原劑只隔一層微米級厚的隔膜,內(nèi)短路則生熱?,F(xiàn)在公司為追求高比能量,所用的隔膜更薄,更易發(fā)生內(nèi)短路。充放電時,電池內(nèi)阻生熱,高倍率時生熱更多,在達到一定溫度時,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,會出現(xiàn)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離子電池及其他電池。
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很難撲滅,蔓延迅速,駕乘人員很難逃生獲得救援。目前,我國的三元鋰離子電池針刺試驗還不能完全過關(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,我國今年1~九月電動汽車燒車事件達21起。
這些年,科技部主導(dǎo)的電動汽車三縱發(fā)展路線變了又變,由純電動汽車、混合動力汽車、燃料動力電池電動汽車,到純電動汽車、插電式電動汽車、燃料動力電池電動汽車,再到純電動汽車、增程式電動汽車、燃料動力電池電動汽車。其中,混合動力汽車約經(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汽車和燃料動力電池電動汽車。
目前,燃料動力電池汽車有許多難題要解決,離市場化還很遠。純電動汽車是重點,但高補貼下的長里程純電動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憂;車身重,不節(jié)電;空調(diào)用電嚴重縮短里程。二是安全焦慮:電池多且比能量高,危險性大,易發(fā)生燃燒爆炸事故。三是充電焦慮:充電樁要密集,費錢、費地仍難滿足要求。四是價格焦慮:電池用量大、價格高、競爭力低。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。
補貼停止后,里程越長、原補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汽車。
純電動汽車追求長里程,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.重金補貼長里程純電動汽車是頻發(fā)燒車的政策原因
由于電動汽車里程指標以及補貼與純電動里程掛鉤,因而逼出全國性的人造三元風;補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性越大。
不合理的補貼政策是頻發(fā)燒車的原因。
4.里程作為矛盾的重要方面是頻發(fā)燒車的思想方法原因
電動汽車的重要矛盾是安全與里程的對立。里程被認為是矛盾的重要方面,安全性被認作矛盾的次要方面,這是思想方法的錯誤,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,其后果便是電動汽車燒車事件頻發(fā)。而且,車身重、耗電多、實際排放高,背離了電動汽車節(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)能減排的電動汽車;技術(shù)路線:以微小型純電動汽車為突破口,大中型車發(fā)展純電驅(qū)動的增程式。微小型純電動汽車可用鉛酸電池做低速車,也可用鋰離子電池做高速車,由市場決定;增程式電動汽車可解決純電動汽車的五大焦慮,市場化最可行。
令人欣慰的是,筆者的主張逐漸被接受。科技部今年一月將增程式列入新三縱;國家發(fā)改委在七月公布的《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汽車類。一旦新能源汽車補貼停止,產(chǎn)業(yè)進入市場化階段后,預(yù)計微小型純電動汽車和增程式電動汽車將得到快速發(fā)展。
筆者將增程式車技術(shù)的發(fā)展劃分為三代。
第一代增程式電動汽車是在純電動汽車上加裝增程器,單純是為了新增行駛里程,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15%,0.7L排量發(fā)動機,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)電與電池簡單串聯(lián),所以油耗較高。
第二代增程式電動汽車在技術(shù)上優(yōu)化了電力系統(tǒng),發(fā)動機減小、發(fā)動機能效優(yōu)化、電池少且成本下降,車重減輕更節(jié)能。其優(yōu)點在于電池組不會過充和過放,壽命延長,安全性較高;磷酸鐵鋰離子電池比能量合適,安全性進一步提高;電池少,受補貼退坡和取消的影響小;增程行駛時比燃油車節(jié)油50%以上,大為省錢;可以不外接充電,免建充電樁,且能遠距離行駛;如有充電條件,城市百公里內(nèi)節(jié)油率達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、價格、電池五大焦慮。
第二代增程式是燃油車與電動汽車的融合,它改變了第一代單純延長續(xù)駛里程的局限性,實現(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,采用磷酸鐵鋰離子電池,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PlanB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動力系統(tǒng)屬于串聯(lián)式混合動力,采用三缸1.3L排量發(fā)動機,電池1.5kWh,百公里油耗僅2.9L;山東德州富路集團的增程式低速車,采用鉛酸電池,單缸0.2L發(fā)動機,油電效率299g/(kWh),百公里油耗僅1.8L。
不過,第二代增程式電動汽車由于增程器發(fā)電充給電池,電池給電動機供電,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汽車的約40%,車價明顯高于燃油車;三是電池較多,車身較重,有減重節(jié)能潛力;四是電池始終高負荷工作,壽命受到影響。
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