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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(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(mén),制作工藝應(yīng)該不是重要問(wèn)題。事故起因重要是嚴(yán)重碰撞后起火和無(wú)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(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?,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(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)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(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(guò)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1~九月電動(dòng)汽車燒車事件達(dá)21起。

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、燃料動(dòng)力電池電動(dòng)汽車,到純電動(dòng)汽車、插電式電動(dòng)汽車、燃料動(dòng)力電池電動(dòng)汽車,再到純電動(dòng)汽車、增程式電動(dòng)汽車、燃料動(dòng)力電池電動(dòng)汽車。其中,混合動(dòng)力汽車約經(jīng)過(guò)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)汽車和燃料動(dòng)力電池電動(dòng)汽車。

目前,燃料動(dòng)力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(qián)、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(qián)。

補(bǔ)貼停止后,里程越長(zhǎng)、原補(bǔ)貼越高的車就越難賣(mài)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)汽車。

純電動(dòng)汽車追求長(zhǎng)里程,導(dǎo)致過(guò)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)汽車是頻發(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.里程作為矛盾的重要方面是頻發(fā)燒車的思想方法原因

電動(dòng)汽車的重要矛盾是安全與里程的對(duì)立。里程被認(rèn)為是矛盾的重要方面,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(wèn)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(lái),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)汽車為突破口,大中型車發(fā)展純電驅(qū)動(dòng)的增程式。微小型純電動(dòng)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(chǎng)決定;增程式電動(dòng)汽車可解決純電動(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??萍疾拷衲暌辉聦⒃龀淌搅腥胄氯v;國(guó)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(jiàn)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)汽車和增程式電動(dòng)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(dòng)汽車是在純電動(dòng)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(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(guò)充和過(guò)放,壽命延長(zhǎng),安全性較高;磷酸鐵鋰離子電池比能量合適,安全性進(jìn)一步提高;電池少,受補(bǔ)貼退坡和取消的影響?。辉龀绦旭倳r(shí)比燃油車節(jié)油50%以上,大為省錢(qián);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(wú)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)汽車的融合,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(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/(kWh),百公里油耗僅1.8L。

不過(guò),第二代增程式電動(dòng)汽車由于增程器發(fā)電充給電池,電池給電動(dòng)機(jī)供電,電流全部流過(guò)電池組,所以也有不足之處。一是電池充電-放電過(guò)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。

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