杨裕生院士谈纯电动汽车:现有发展路线导致频繁自燃

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杨裕生院士谈纯电动汽车:现有发展路线导致频繁自燃

2023-03-24 20:53| 来源: 网络整理| 查看: 265

中国储能网讯:7月10日上午,在以“突破 变革电动汽车发展安全之道”为主题的首届中国国际电动汽车安全技术创新大会上,中国工程院院士杨裕生指出,现有发展路线是导致新能源汽车频繁自燃的根本原因。

在杨院士看来,纯电动汽车自燃早就应该引起重视。以特斯拉为例,2018年国内共发生了11起汽车失火爆炸事故,而在今年特斯拉的烧车势头也依旧不减。2月26日佛罗里达特斯拉失火,车主当场烧死;3月26日,广州特斯拉无故自燃;4月21日上海特斯拉自燃并烧毁三辆车等等火灾历历在目。特斯拉的自燃,以及国内诸多纯电动商用车、纯电动乘用车的自燃,应该催生更深入的思考。

杨院士认为,新能源汽车起火的直接原因是电池问题。“没有绝对安全的电池,纯电动汽车要在里程上追赶燃油车,就会导致车上装过多的电池。”他认为,锂离子电池都含有易燃溶剂,在高温情况下,易产生可燃气体。在这一前提条件下,燃油车上一般不会导致着火的短路等故障,在电动车上就很容易出现自燃。

同时,杨裕生院士还认为,“里程越长需装电池越多,能量密度越高危险性越大,则电池组燃烧概率越高。”在目前重点发展和重金补贴长里程纯电动车的情况下,企业还需要解决里程、安全、充电、价格、后续电池这五大焦虑。这极易诱导企业追逐高能电池,导致电池过多装配和急促智能化,进而出现安全性“双下降”的问题。并且,在2018年长里程车补贴不减反增,更是引出多装电池追补贴的新高潮。

也正因如此,杨院士认为,纯电动汽车频繁自燃的根本原因,是当下一些相关部门抓不准纯电动汽车发展的主要矛盾,导致其主要矛盾演变成安全与里程的对立,里程作为矛盾的主要方面,安全性则作为次要方面,造成发展路线、政策、技术问题等方面的出现偏差。

而发展路线和“双挂钩”政策,进一步激化了安全与里程矛盾,导致车量过重,耗电多,实际排放过量,烧车频发等问题层出不穷。在电网电能主要来自燃煤的情况下,节油而耗电高的长里程纯电动车反倒不能减少排放,直接背离了电动汽车节能减排的宗旨。

面对于现在新能源车发展过程中的挑战,杨裕生院士主张,安全性应当放在新能源汽车发展的第一位,用增程技术解决安全与里程矛盾,并以微小型纯电动车为突破口,大中型车发展纯电驱动的增程式。同时,坚持节能减排宗旨,将纯电动乘用车微小型化,发展增程式用于各种电动车,允许低速车用不燃烧的铅蓄电池。

以下为杨裕生院士的演讲速记内容:

杨裕生:

大家上午好,我今天想就电动汽车着火原因进行分析和提出对策。我这个分析主要是宏观的,具体电池的制作和汽车影响安全的技术因素,这里就不再讲了。我想讲三个题目,第一是电动汽车安全技术创新大会,我们这个会议开的很及时,第二个问题是电动汽车频发燃烧的根源问题,刚才主要讲体现宏观层面,第三是用增程技术解决安全与里程矛盾。

国外纯电动汽车着火事件频发,应该引起重视!这个事情不是在今天今年引起重视,早就应该引起重视。因为失火的事情在前几年已经很严重了,2017年以前纯电动车烧了十几辆,去年国外烧的事件继续发生。保时捷在泰国充电时起火,西班牙是宝马无故自燃,用的都是日本有名公司的电池。应该说电池质量还是比较好的。所以从这里可以看到,电动汽车起火的原因是多方面的,但是电池里面其实很重要的一点这是不可置疑的。因为充电时起火,这个很明显是电池问题,无故自燃也是电池自己燃烧。2018年特斯拉继续发生燃烧事件,频率是一个月一起。包括在中国的有重庆、广州、上海,在美国的很多,还有在欧洲,共计死了五个人。五死一伤,其中撞墙起火,充电起火,自燃,还有无故自燃原因,这样一些情况,可以说引起燃烧的原因是很多的,但是最后都和电池里边有可燃物密切相关。

而且死了五个人,这样这么高的比例,是燃油车比例很少见的。2019年特斯拉烧车的势头并没有减少。2月,3月,4月,我这里因为PPT是做的比较早,6月份又有。汽车一旦起火,能够采取的应对措施确实不多。所以特斯拉它的应急指南里边提出来,电池火灾最长可能需要24小时才能熄灭,可以考虑在做好防护情况下,让电池燃烧殆尽,他说就是让它自己烧,也就是外面去救,救火是很难把它扑灭的。这是特斯拉的经验还是教训,现在说不清,是不是应该这么做,我现在也说不清,我希望大家一起来探讨这个问题。电动汽车电池烧火之后到底应该怎么处理。

这上边说的是外国的情况,我们中国根据不完全统计,2017年烧了103辆车,2018年9月初以前,根据欧阳明高院士提供数据烧了21辆车,实际上这个数据很不完全。根据高工锂电统计,1月到8月,就刚才提出的时间差不多,这八个月,有时间,有地点的电动汽车燃烧是38辆,时间或地点记录不全的还有十几辆。深圳电动物流车2018年烧了5辆,其中4辆是电池自燃。今年3月6日,12日,16日,北汽的威旺电动物流车,在深圳充电的时候连续自燃,所以现在已经停止了这种车在深圳充电。

今年4月21号后的一个月内,国内烧电动汽车不止11起,就是一个月当中。

国内电动汽车烧车的统计无法完整,因为某些人可能就是不断的删除电动汽车燃烧事故的报道。烧车原因分析不透,经验教训没有得到充分的吸取,事故处理的规章制度不完善。各类事情不了了之。

所以,我们这次举行电动汽车安全技术创新大会適逢其时,我们研究电动汽车燃烧的原因、处理办法以及相关政策建议,这是我讲的第一个问题。

第二个问题,电动汽车频繁燃烧的根源问题,我讲根源,而不是很多具体现象。第一个我认为是电池技术的原因,因为锂离子电池都含有易燃融剂,作为电解质的重要组成部分,它的原因很多,包括虫放电,内阻发热,产生枝晶,第二是BMS失灵,过充原因,这些原因往往滞后,不容易查很清晰。但是燃烧和融剂有密切关系,所以说没有绝对的安全电池,包括我们经常讲的安全性说的铅酸电池也发生过失火爆炸,因为在使用过程当中如果使用不当,充电的时候流出来里面的水,电解产生氢气和氧气,氢气和氧气如果不能得到很好的很及时的处置,它也会造成爆炸然说。但是铅酸电池产生事故的机率非常低,所以它应该说安全意识不高,主要没有什么可燃的物质在里边。

锂离子电池就不一样了,锂离子电池在充放电的时候,热量大幅度产生内阻大的正极,正极电位越高,氧化型越强,过充则更强,容易引起和其他物质的化学反应,化学反应造成热失控,电压越高的正极材料,最后产生的热失控的机率就越大。这里我引入了美国的一张图,纵坐标代表温度升高的速度,横坐标是温度,可以看到,电池当温度升高到200度的时候,温度急剧上升,也就是所谓热失控,333,它的升温大概在230度,锰酸铝可以到250度,锰酸铁它温度升的是到250度以后,它的升温不升了,反而降下来了,从这个上面来看的出,磷酸铁一定是安全性最高。

第二原因是发展路线原因,我们政府把纯电动车作为发展的重点,纯电动车难解除五大焦虑,一个是里程焦虑,第二是安全焦虑,第三是充电焦虑,第四是价格焦虑,第五是后续电池焦虑。安全焦虑起源于现在重点发展长里程的纯电动车的发展路线。电池组自燃概率除了与电池本身本性以外,还与电池总量成正比,过去我曾经有过一个分析,分析是概率和哪些因素有关,电池总量越大,发生事故的概率越高。现在要里程长,里程长就需要装的电池越多,因此电池组燃烧概率越高。

所以纯电动车追求长里程的发展路线,是烧车频发的原因,这是第二点。

第三点,补贴政策的原因,我们现在补贴政策是重金补贴长里程纯电动车,补贴与纯电动里程挂钩,而且在2018年就是去年,长里程车补贴没有像其他车那样减少,反而增加,这样就引出“多装电池追补贴”的新高潮。这是去年纯电动车快速发展很重要的,就是长里程纯电动车提高,再一个就是补贴和电池组的比能量挂钩,比能量越高,补贴越高,就诱导了企业追逐高能量电池,而能量密度越高,危险性越大!而且等不及考验、改进、成熟就上车,可以说每年提高比能量的指标。后来针试不过关,干脆就把针试实验取消,实际上针试过关,电池也不一定就能保证完全的安全,把这个实验取消掉了,就更加促使电池的不安全性。

双挂钩的补贴政策导致电池过度多装和急促高能化,所以安全性双重因素的影响下降。这是补贴政策所造成的原因。

第三是思想方法原因,就是我们政府部门一些人,抓不住主要矛盾和矛盾的主要面,什么是电动汽车发展的主要矛盾,我认为是安全和里程的对立,现在把里程作为矛盾的主要方面,不顾安全,拼命不断提高里程要求,安全性作为次要方面,这是频发烧车的思想方法原因,这也是造成发展路线、政策、技术发生问题的根源。

所以,这些思想上出了问题,这是根本的问题。

发展路线和双挂钩政策,舞蹈多用超高能锂电,激化安全与里程矛盾,矛盾本来就存在,但是由于处置不当,激发了矛盾,它的后果就是电动汽车烧车频发,车子加重了,耗电多,实际排放加重,背离了电动汽车节能减排的宗旨。而且和里程挂钩的思路也延伸到了积分,现在积分制也是把它和里程挂钩,里程越长,你积分越多,这个问题也会造成很不好的副作用。所以我觉得,应该把它,把积分改到和节能减排挂钩,什么样的电动车节能减排高,应该给他积分多。

第三个问题,用增程技术解决安全与里程矛盾。解决安全和里程矛盾,可以说现在有不同的一些思路和论点,听说这次海南博鳌就有一个专家或者是领导人提出来,要在充分保证安全的前提下继续提高电池的比能量,这个话听上去好像没有什么错,实际上这是一个伪命题,我举这么一个例子,电池大,比能量提高之后,它对安全性是非常严格的。就好像把一只狼和羊关在一个笼子里,要保证狼饿不死,又要保证羊能够存活,这种可能性是不存在的,所以刚才这个问题,要确保安全条件下继续提高电池的比能量,比功率,怎么提高,怎么保证,什么是个线,现在300瓦,是不还可以继续提?现在有些还是这个说法,加大杠杆来保证电池不受其他的影响和破坏,加大连续系统。它的结果是成熟之后的比能量也就高了19%左右。这可以说得不偿失的一种做法,我是越来越主张,我提出来一个原则是用好安全成熟的电池,发展节能减排的电动汽车。具体的技术路线,两句话,以微小型纯电动车为突破口,纯电动车微小型,大中型车发展纯电驱动的增程式。微小型纯电动车可以用铅酸电池做低速车,也可以用磷酸铁锂电子电池做高速车,由市场决定。增程式电动车解决纯电动车五大焦虑,特别是安全焦虑,市场化最最可行,现在增程式电动车逐渐被接受了,科技部去年1月在电动汽车会上,科技部长讲增程式引进“新三纵”,替代插电式。这是在大会上说的。

今年国家发改委汽车产业投资管理规定把增程式列入电动车类,而把插电式归到燃油车类。我对于增程式有一些思考和应用,我把它发展划分为三代,第一代增程式电动汽车是在纯电动车上加装增程器,就是发电机,这是纯电动车的电路,很简单,电池组,电动机提供电,加上增程器,也就是发电机,它只是为了增加行驶里程,电池用完了增程器发电给电池充电,他不追求节能。典型的代表是德国的宝马I3,如果要加增程器,加价15%,增程器是0.7L排量发动机,在增程模式的情况下100公里油耗5.35L。

增程式发电如果电池是简单的串联,增程器的功率比较大,电池原来就重,所以整车耗能比较高,车子加重之后耗能更多,这是第一代增程式汽车,第二代增程式电动汽车它的线路图和刚才没有什么差别,但是它的电力系统优化,发动机的排量减少了一半,第二个是发动机的热效率从一个最高点上,而且是一个从后面来发电,第三是电池减少60%到70%,所以成本降低,电池少了车子也轻了,更加节能,这是第二代技术上的一些做法,它产生的后果就是电池组不会过充和过放,寿命延长,安全性高,磷酸铁锂电池比能量合用安全性进一步提高,电池少,发动机小,补贴取消的影响小,容易推销,增程行驶时比燃油车节油50%以上,大为省钱,可以不充电,免建充电桩,而且可以远距离行驶,如果有充电条件,城市里百公里油耗节油80%以上。燃油车的生产及加油设施全部继承,便于发展。纯电动车的刚才讲有五大焦虑,在增程式里面不复存在。

我划分了第三代的创新的增程式电动汽车技术,江苏公爵提出来“发电直驱电动车”,而且申请了专利,车上发电机的电可以不经过电池而直接驱动电动机。这个线路图就是有一个粗的红线,发电机发的电直接到电动机,极少部分经过电池,用不完的电,给电池充电。

这样就可以减免电池充电放电10%的能量损耗,电池可以进一步减少,车子减轻,再降低电耗。电池的大电流工作机会减少,电池寿命延长,电池用量少,成本降低,更容易销售,全寿期总费用可远低于同级别的燃油车适用于各种车辆都可以大为节能减排。它比第二代增程式更优越,节油率可以大于60%,现在要进一步提高它的效率,高效率发展进一步节能减排。发展高效率的发动机现在有一种论点是不相符的,就认为燃油车已经到头了,有些国家说传统的燃油车应该停止生产了,因此发动机也就没有什么前途了。实际上是不对的,发动机是个好东西,它可以进一步提高热效率,可以在节能减排当中发挥很好的作用,特别是增程式的组合使用,它可以前沿供电。

再一个就是发展高安全性,廉价的快充磷酸铁锂电池,充分吸收5秒钟的刹车能量,也就是说车子行驶要刹车的时候最初几秒钟速度比较高,它的动能比较大,回收它的能量就会回收比较多的电能。我们提出来负极以硬碳代替石墨,这样不容易长枝晶,这是快充很重要的条件,另外,给复合纳米硅提高比容量,在正极当中混入多孔碳,把双电层电容与电池内并,这个器件简化了线路,降低成本,延长寿命,提高倍率。这也是申请了一个专利,调节四个材料的比例和电极厚度,可以得到不同充放电倍率和比能量的动力电池,关键在新材料,研发很有进展。比能量高于钛酸锂电池一倍,价格是太酸里电池的三分之一到四分之一,所以这是它的很值得发展的一种电池。也许有人会说增程式还是要烧油,不是最终目标,我说要提请注意,第一,如果我国汽车的油耗降到一半以下,每年节省原油2亿吨,环境改善,能源安全提高,我国由汽车大国向汽车强国迈进了一大步,第二点是纯电动车电池多,车重,耗电多,未必是最终目标,这个观点要明确起来,纯电动车未必是最终目标。特斯拉在新加坡受罚。所以要看全过程的节能减排,而不是在看路上行驶的一小块,要结合起来,节能减排的效果最好,未来得增程式发动机可以不烧油,不增加二氧化碳,全部能量来提高,太阳能和光伏风力发电,现在蓄电池里边给车上电池充电,太阳能长出秸秆来,来生产乙醇,乙醇再提供发动机发电,像现在巴西有50%的车子是用的甘蔗做成的乙醇,而不是气。这样纯电动车增程式电动车的能量全部替代,所以增程式不是向纯电动车过渡,而是未来。

最后总结一下,第一条,要改革路线和政策,要把安全性放在电动汽车发展的第一位置。第二,改变经营,这句话主要对企业讲,电动汽车要卖得出去,不论高速或者低速,必须减少电池的用量,提高安全性,降低车价,而不是多装电池,片面追求长里程纯电动,或者拼命提高比能量,增加危险性。第三个是坚持节能减排的宗旨,提高安全性的做法,有四大意见,一是纯电动车乘用车要微小型化,我看到我们长城的车我很高兴,这是节能减排的车,不去追求很长的里程,第二是发展增程式,用于各种电动车,里程最终决定油箱大小,第三是低速车应该允许用不燃烧的铅蓄电池,由市场决定,而不是由政府个别部门来决定。四是发展快充磷酸铁锂电容电量,提高寿命,谢谢大家。



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