起火背后的調(diào)整與反思

甄文媛

頻發(fā)的電動汽車起火事件向全產(chǎn)業(yè)鏈敲響警鐘，促使各方重新思考：如何實現(xiàn)對新能源汽車特別是動力電池更安全的防護？還有哪些沒有引起足夠重視的地方？當前是否走得太快太急？還能不能繼續(xù)不斷提升動力電池能量密度？哪種電池技術(shù)路線或車型產(chǎn)品路線更安全、更符合市場需求？種種調(diào)整和反思，伴隨著補貼政策即將退出、雙積分管理辦法的不斷深化落地等大勢，將開啟新能源汽車產(chǎn)業(yè)的又一個變局。針對新能源汽車特別是動力電池安全問題，全國政協(xié)副主席、中國科協(xié)主席萬鋼給出了系統(tǒng)的解決思路：“一是加強科技支撐，深入開展關(guān)于動力電池安全的基礎(chǔ)性研究，研發(fā)保障動力電池安全的最佳系統(tǒng)方案;二是要提升產(chǎn)品的質(zhì)量，從動力電池的設(shè)計、生產(chǎn)制造、系統(tǒng)集成、整車匹配等各個環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品的一致性、可靠性。三是完善安全標準，不斷加嚴對動力電池和整車的安全要求，以及相關(guān)體系標準的規(guī)范;四是加強安全監(jiān)管，進一步完善新能源汽車的召回、三包等制度，加強監(jiān)管平臺的能力建設(shè)，完善事前、事中、事后統(tǒng)籌兼顧的監(jiān)管體系;五是加強科學普及，組織專題研究和對話活動進行解疑釋惑，提高公眾的認知度、可接受度。”

如何完善系統(tǒng)安全？

“鋰離子電池的安全首先是設(shè)計出來的，其次是制造出來的。”天津力神電池股份有限公司常務執(zhí)行副總裁王念舉如是表示。

因此，在生產(chǎn)一款動力電池之前就應充分考慮好多個問題：包括電池模塊的可組裝性、可調(diào)整性、回收性及方便拆解性設(shè)計，電池組（系統(tǒng)）的可安裝性、可維護性、可調(diào)整性及回收拆解設(shè)計等。

目前行業(yè)內(nèi)從整車企業(yè)到電池企業(yè)，針對安全問題設(shè)計了多種防護體系，例如東風汽車對電池系統(tǒng)的安全保護主要從功能安全、熱安全、高壓安全、電氣安全、機械安全、濫用安全等幾個方面出發(fā)。比亞迪汽車則擺出了包括連接、高壓、碰撞、內(nèi)部短路、外部短路、過充、危險氣體在內(nèi)的七維四層安全矩陣。

由此可以看出，至少在提高動力電池的安全性方面，業(yè)內(nèi)的常規(guī)思路是主要從三個層級改進設(shè)計：單體電芯、模組設(shè)計和電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在單體電芯方面，可以通過在電解液中加入添加劑降低其易燃性、提高隔膜的耐溫性、或者提高正級材料的穩(wěn)定性等來改進。在模組設(shè)計方面，可以通過加強溫控設(shè)計、BMS充電管理或者改變單體連接的方式等提高整體的安全性能。

“在電動汽車安全中，雖然電池是最重要的一環(huán)，但是電動汽車安全不僅僅依靠電池，它是一個包括整車安全在內(nèi)的系統(tǒng)問題。”這也是以東風汽車公司技術(shù)中心新能源動力總成部黃敏為代表的不少業(yè)內(nèi)人士的共識。

因此整個電池系統(tǒng)的安全也需要上升到整個車輛層面解決，例如可以為電池包設(shè)計安放在散熱條件良好的位置，改進充電方法，減少由于充電不當造成析鋰。

但現(xiàn)實情況中電動汽車起火遠比目前業(yè)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的情況要復雜，大多數(shù)看似嚴密的安保體系無法百分之百確保“不起火”，因此針對動力電池模塊的安全性設(shè)計還要考慮到一旦發(fā)生該怎么辦。

“首先是應當通過良好的設(shè)計不發(fā)生事故，可以通過合理布局、良好的冷卻系統(tǒng)和可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)。”在2019首屆中國國際電動汽車安全技術(shù)創(chuàng)新大會上，中國汽車動力電池創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長、中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施充電聯(lián)盟副秘書長王子冬建議：“如果沒有實現(xiàn)，事故發(fā)生了，最好能實現(xiàn)提前預警，給人以反應時間;在這種情形下，需要廣泛布置安裝傳感器，盡可能覆蓋到每一個故障點，全面監(jiān)測電壓和溫度，最好能監(jiān)測到每一顆電芯的內(nèi)阻。當事故已經(jīng)發(fā)生時，設(shè)計的目標應當變成阻止事故的過快蔓延，做到這一點可以通過電芯和模組設(shè)置保險絲，模組和模組之間設(shè)置防火墻，設(shè)計強度冗余以應對事故發(fā)生后的快速蔓延。”

到目前為止，全世界對電動汽車安全問題都沒有研究透徹，在國內(nèi)標準還沒有正式實施之前，由中國汽車工業(yè)協(xié)會、中國汽車動力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟、中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進聯(lián)盟聯(lián)合組織行業(yè)編制的《電動汽車安全指南》（以下簡稱《指南》）在今年年初正式發(fā)布，意在以參考性和指導性為原則對行業(yè)進行指導。《指南》內(nèi)容覆蓋了人身安全、車輛使用安全、售后安全、維護安全、動力電池系統(tǒng)安全、充電安全、充電設(shè)施、售后服務過程、回收再利用的儲運、拆解、重整的安全，以及監(jiān)控數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)的安全。希望能借此提高全行業(yè)對電動汽車安全性的認知，提高安全性設(shè)計、制造水平，提高電動汽車合理使用和維護、以及安全性管控水平，探索安全的、系統(tǒng)性的解決方案和意外發(fā)生時的應急處理手段。與此同時，也希望《指南》能為電動汽車行業(yè)相關(guān)標準的制定和修訂提供依據(jù)，為開展安全性研究項目提供方向。

高比能量動力電池熱失控誘因與電管理：BMS

如何完善監(jiān)管與標準體系？

電池包內(nèi)配有電池管理系統(tǒng)，企業(yè)有通過大數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)控平臺，但在發(fā)生電動汽車起火的事故中，這些裝配都沒有起到應有的預警預防作用。

BMS作為電池與用戶之間的紐帶，主要功能就是提高電池的利用率，進行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、警報，防止電池出現(xiàn)過度充電和過度放電。然而在目前統(tǒng)計到的不少事故中，電池系統(tǒng)中的BMS處于失靈狀態(tài)。

“通過對很多問題的分析，我們發(fā)現(xiàn)保障電池系統(tǒng)安全性的核心是研發(fā)先進的電池管理系統(tǒng)（BMS）。”中國科學院院士、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高曾經(jīng)明確指出，目前，在電池管理系統(tǒng)方面，國內(nèi)產(chǎn)品的功能不足、精度不夠，尤其是安全功能不全，因此需要加大電池管理系統(tǒng)的研發(fā)力度。

由于在充電情況下發(fā)生電池熱失控的概率較高，國家新能源汽車創(chuàng)新工程項目專家組組長、中國汽車工程學會顧問王秉剛認為，隨著電動汽車應用的時間越來越長，問題越來越多，要加強監(jiān)控防范。充（換）電過程是火災易發(fā)期，要特別加強安全防護。

據(jù)了解，青島特來電公司已完成對相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，這一技術(shù)建立在大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，與充電站聯(lián)網(wǎng)，在充電過程中可以實現(xiàn)對電池的檢測，因為充電過程中電流比較大，可以獲取很多數(shù)據(jù)，然后將這部分數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)統(tǒng)計的規(guī)律做比較，可以發(fā)現(xiàn)有些電池偏離常規(guī)，可能有潛在的問題。據(jù)了解，2018年這一系統(tǒng)已經(jīng)預警和防范了7起可能發(fā)生火災事故。

然而，如何使用、用好這些大數(shù)據(jù)也有待解決。“我看到我們有很多監(jiān)控數(shù)據(jù)，但出事企業(yè)或地方為什么沒有提前報警的？這么多數(shù)據(jù)誰去管、誰去用？數(shù)據(jù)沒有人用要數(shù)據(jù)干什么？”王子冬對此發(fā)出了一系列追問，他認為，監(jiān)而不管是導致很多事故苗頭沒有被及時制止的重要原因。事實上，很多企業(yè)和監(jiān)管部門并不十分清楚怎么使用、如何用好海量的大數(shù)據(jù)。

強化監(jiān)管不僅需要技術(shù)手段，更要有完善的標準規(guī)范。據(jù)了解，國內(nèi)按照國家機動車安全技術(shù)檢驗標準對電動汽車進行檢驗，但是在現(xiàn)有技術(shù)檢驗模式下，不拆解則檢驗部門難以對電動汽車電池、電機、電控等特殊要求進行有效檢驗，無法及時發(fā)現(xiàn)實際問題。

“為了更好處理和分析電動汽車事故，最好有電動汽車黑匣子。”歐陽明高建議，“同時，盡快推出電動汽車安全年檢規(guī)范。”

目前國內(nèi)與電動汽車安全相關(guān)的標準正在不斷完善中，據(jù)了解，近期，GB《電動汽車用動力蓄電池安全要求》報批稿即將發(fā)布，涉及動力電池強制執(zhí)行測試項目一共有22項，并新增了熱擴散試驗。新國標中的所有測試將成為強制性要求，并特別提出了乘員艙發(fā)生危險之前5min必須報警、提醒乘員逃生的要求。

在完善標準之外，王秉剛還建議，針對企業(yè)，“要改進準入管理，淘汰技術(shù)落后的產(chǎn)品與企業(yè)，加強事后監(jiān)管。如果企業(yè)的汽車產(chǎn)品總出事故，要有退出機制。”

技術(shù)路線之爭與根本解決之道

如何更好地解決電池安全性問題？一場由來已久的電池技術(shù)路線之爭再度被擺上臺面。

“磷酸鐵鋰和三元鋰電池一直在爭，爭成本、爭安全和能量密度。”王子冬表示，通常意義上磷酸鐵鋰的優(yōu)點是安全性高、壽命長，但是能量密度、低溫性能、一致性等方面不如三元鋰。早期國內(nèi)的新能源汽車市場一直是磷酸鐵鋰的天下，到2016年前后，三元電池的優(yōu)勢和在乘用車市場的占有表現(xiàn)開始越來越突出，逐漸成為純電動乘用車領(lǐng)域的主流選擇。但目前一些車企在部分車型上選擇的是磷酸鐵鋰電池。例如江淮的iEV7L和iEVA50、iEV6E等、騰勢500以及北汽新能源的部分車型。

王子冬認為，業(yè)內(nèi)外對磷酸鐵鋰和三元鋰電池的認識存在一些誤區(qū)：三元鐵鋰的這些優(yōu)點通常是基于電池單體而言，對車用動力電池，主要看的是電池系統(tǒng)的整體表現(xiàn)。比如二者的系統(tǒng)能量密度相距連10%都不到，是否還有必要冒安全性上的風險？而且磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)的低溫性能等表現(xiàn)也并不差。

“判斷兩種電池誰好誰不好，并不能單看能量密度，不是說某一個指標好這種電池就表現(xiàn)更突出。二者各有各的優(yōu)缺點，關(guān)鍵還是看產(chǎn)品應用在哪。”王子冬表示，隨著電池比能量和比功率提高，發(fā)生安全事故的危險也增大，這是有一定關(guān)聯(lián)度的，所以我們要選擇平衡和優(yōu)化。

但要徹底解決電池安全問題，近期可以通過一些技術(shù)來保障安全，從長遠看，要實現(xiàn)絕對安全就需要前瞻性的科學研究。業(yè)內(nèi)專家普遍認為，加速對固態(tài)電池的研究，開發(fā)下一代的固態(tài)電解質(zhì)，有望從根本上解決電解液燃燒的問題。

“電解質(zhì)是影響鋰離子電池安全的主要因素之一，目前正在向固態(tài)化方向發(fā)展，但還達不到全固態(tài)，我們研制出新型仿生蟻穴結(jié)構(gòu)的新型離子凝膠電解質(zhì)，在鋰金屬表面形成保護層，可有效抑制鋰枝晶生長。電池材料在仿生方面的研究有利于電池本身的綠色化。”北京理工大學教授、中國工程院院士吳鋒認為，動力電池正邁向固態(tài)化時代，現(xiàn)在看好硫化合物和聚合物的結(jié)合，但總體上還需要一步一步來，從準固態(tài)向固態(tài)發(fā)展。

歐陽明高分析指出，基于對各國動力電池技術(shù)路線的比較，短期是液態(tài)電解液的鋰離子電池，下一步將會向固態(tài)電池方向發(fā)展。而綜合考慮電池成本和動力電池的發(fā)展方向，我們建議我國也應該走類似的路徑，即短期是液態(tài)電解質(zhì)，發(fā)展高鎳三元正極和硅炭負極，通過電池管理系統(tǒng)和熱蔓延的抑制來防止安全事故發(fā)生，這類電池能夠滿足電動汽車500公里續(xù)駛里程的要求。中長期，從液態(tài)電解質(zhì)逐步過渡到全固態(tài)電池，估計在2030年左右全固態(tài)電池將會得到產(chǎn)業(yè)化應用。

高比能量之路能否持續(xù)？

按照國家原定的產(chǎn)業(yè)化目標，2020年電池單體能量密度應達到350瓦時/公斤，系統(tǒng)260瓦時/公斤，循環(huán)壽命2000次。但鑒于當前的安全形勢，是否要按照之前的節(jié)奏繼續(xù)向高比能量電池挺進？

“關(guān)鍵是把握高比能量與安全性之間的平衡點。”歐陽明高認為，鋰離子動力電池高比能是全世界范圍的發(fā)展方向和趨勢，不能因為安全問題就徹底放棄提升電池的能量密度。比如高鎳三元鋰離子動力電池的本征安全問題，其機理是正極會釋放氧，完全可以通過界面的修飾來延緩正極釋氧，提高穩(wěn)定性。

但當前的節(jié)奏對企業(yè)而言無疑壓力與風險都很大。

“下一代的鋰離子電池，要做到300瓦時每公斤，加硅還是可以的，但是350以上肯定不行。”王念舉表示，力神在這方面投入了很多研發(fā)力量，但也存在很多的不確定性，“能量密度可以達到350瓦/時每公斤以上，但是量產(chǎn)肯定是在2025年之后，因為要充分考慮到鋰離子電池溫度、倍率特性，包括能量密度、壽命等，特別是安全，如果沒有安全保證，一切歸零。”

“電池組是一種含高能物質(zhì)的部件，危險性是其本質(zhì)，隨著比能量和比功率的提高，發(fā)生事故的危險性也增大。”王子冬表示，要實現(xiàn)能夠產(chǎn)業(yè)化的車用動力電池的性能提高，不僅在正負極材料性能上需要有大幅度改進，同時在許多方面都需要有比較大的突破，才有可能實現(xiàn)動力電池真正意義上的提高。從單體電池到模塊再到系統(tǒng)集成，中間環(huán)節(jié)比較多，電池之間的連接件、模塊之間的連接電纜、箱體、固定架、支撐板、導熱結(jié)構(gòu)等都會增加很多重量，需要在系統(tǒng)能量密度、可靠性及安全性方面做優(yōu)化。

因此，就當前這一階段而言，歐明高也認為，“（目標）是偏高的，從安全角度考慮，我認為不宜強行推行。”此外，對電動汽車的補貼政策要符合技術(shù)發(fā)展的規(guī)律，對能量密度的提升不宜過快、不宜更改過頻。

增程式能否成為更好的解決方案？

從車型角度看，在動力電池技術(shù)還沒有顛覆性突破的情況下，要解決安全問題最好是用成熟安全的電池、少裝電池。增程式車型正成為不少業(yè)內(nèi)專家及企業(yè)眼中解決安全與里程矛盾的更好選擇。技術(shù)資料顯示，增程式電動車的動力只由電動機提供，發(fā)動機的存在就是為了給電動機供電，更像是一個發(fā)電機，而這也是與插電式混動最大的區(qū)別。

中國工程院院士楊裕生一直在不同場合宣講增程式車型的適用性。他認為，電動汽車要賣得出去，不論高速或者低速，必須減少電池的用量，提高安全性，降低車價，而不是多裝電池，片面追求長純電動里程，或者拼命提高比能量，增加危險性。考慮到目前許多插電式混動汽車實際上并不節(jié)能減排，有違國家發(fā)展新能源汽車的初衷，當前的純電動汽車應以微、小型為突破口，長里程的大、中型電動汽車更適合發(fā)展增程式。

這種路線設(shè)計的原因在于，微、小型電動車內(nèi)搭載的電池較少，安全性也相對較高，可適應城市、鄉(xiāng)鎮(zhèn)等不同地區(qū)交通的普遍需求。同時，微、小型電動車還兼具價格低、易推廣等優(yōu)勢。據(jù)他介紹，國內(nèi)的增程式電動車已經(jīng)發(fā)展至第三代，其發(fā)動機發(fā)電可以繞過電池直接驅(qū)動電動機，避免充放電過程中的能量損耗，并進一步減少電池組的用量，預計節(jié)油率可大于60%。

一直以來，增程式技術(shù)雖然是國家《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020）》中認可的新能源技術(shù)路線，但地位及分類歸屬卻并不明朗。按照《規(guī)劃》原文的提法：以純電驅(qū)動為新能源汽車發(fā)展的主要戰(zhàn)略取向，重點發(fā)展純電動汽車、插電式（含增程式）混合動力汽車和燃料電池汽車，增程式車型應當歸入插電式混動汽車中，但在去年發(fā)改委發(fā)布的《汽車產(chǎn)業(yè)投資管理規(guī)定》中，“增程式電動汽車”被劃入純電動車投資項目。

近兩年來，增程式車型正贏得業(yè)內(nèi)更多的關(guān)注。萬鋼就多次在不同場合強調(diào)，“增程式的混合動力發(fā)動機和燃料電池發(fā)動機是我們研發(fā)的重點，鼓勵業(yè)內(nèi)研發(fā)高效率增程式機電混合系統(tǒng)，推動插電式向增程式方向發(fā)展，在帶動產(chǎn)能轉(zhuǎn)換的同時，使排放降到更低，有效支持產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。”

由此可見，廣受關(guān)注的安全問題或?qū)⑦M一步對純電動汽車在國內(nèi)市場的絕對優(yōu)勢產(chǎn)生一定的沖擊，促使新能源汽車市場產(chǎn)品更加多樣化。

后記：起火事件給新興產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的幾點啟示

對新能源汽車乃至整個新興產(chǎn)業(yè)而言，這些起火事件更大的意義在于促使整個行業(yè)乃至社會上升到更高的層面反思：如何為新興產(chǎn)業(yè)設(shè)置合理的評價標準體系？如何更好地扶植新興產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)業(yè)、市場、企業(yè)、政府等該如何定位？什么才是好的產(chǎn)業(yè)政策？

首先，無論是企業(yè)還是政府，在為一種新產(chǎn)品設(shè)置標準體系時的不可過分突出其中一個指標。對新能源汽車而言，長續(xù)航、快充等市場終端的需求最終將壓力傳導至電池能量密度這一個指標上。而補貼政策獎勵和產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步的最顯眼的“尺子”也是能量密度。事實上，“能量密度”本身是一種很好的評價標準，因為它有量化的性質(zhì)，多和少一目了然。而安全這一最基本標準是默認的前提，且無法用一個數(shù)字來表達。但問題在于能量密度也有其難以承受之重：很難衡量一款動力電池產(chǎn)品的真正的市場應用水平，其與安全性的矛盾之處也沒有引起足夠的重視。

其次，特別是對企業(yè)而言，當技術(shù)與流程發(fā)生沖突時，寧可先保流程準確無誤地執(zhí)行到底。據(jù)了解，這也是豐田汽車著名的研發(fā)原則之一。對汽車這種大批量生產(chǎn)的大宗復雜消費品而言，量產(chǎn)意味著在整個制造流程里進行功能、性能、成本、安全性等等各個指標之間的妥協(xié)。新能源汽車雖然是新事物，但也應尊重、借鑒汽車生產(chǎn)、制造、驗證等各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制經(jīng)驗。在這一波起火事件中，不少業(yè)內(nèi)專家直指近兩年動力電池能量密度提升過快，新產(chǎn)品未得到充分驗證便裝車投向市場。對于“車規(guī)級”產(chǎn)品和標準是如何產(chǎn)生的，不少從3C電池轉(zhuǎn)做車用動力電池的企業(yè)、新造車企業(yè)的理解或許不夠透徹。這也正是造車的重要壁壘所在。在很大意義上，對流程的遵守意味著對科學規(guī)律的尊重。

再次，從產(chǎn)業(yè)政策的層面看，以上種種問題的根源一是由于對新技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)的認知能力有限，二是由此帶來的激勵機制的扭曲，沒有達到政府想要的結(jié)果。也是當前整個產(chǎn)業(yè)政策面臨的突出難題，在新能源汽車產(chǎn)業(yè)的投射。

專家指出，產(chǎn)業(yè)政策對于推動新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用主要在于加強新興產(chǎn)業(yè)的行業(yè)規(guī)范，特別是平衡創(chuàng)新與風險，并做好監(jiān)管。而一個好的產(chǎn)業(yè)政策，應當順應市場、不能限制競爭、謹慎干預以及要有退出機制和事后評估。