中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：未來(lái)電動(dòng)汽車要求越來(lái)越高，對(duì)整車動(dòng)力電池的安全、高壓安全和控制安全也提出了更高的技術(shù)要求。本文為北京理工大學(xué)電動(dòng)車輛國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室副教授、博士（后）孫立清在國(guó)內(nèi)某論壇做的就新能源汽車安全問(wèn)題與解決方案的演講實(shí)錄。
今天跟大家做一次關(guān)于新能源汽車的問(wèn)題和解決方案的探討。主要是從安全的角度，即整車動(dòng)力電池的安全、高壓安全和控制安全。
目前電動(dòng)汽車的安全現(xiàn)在是大家背后議論的比較多?？偟那闆r來(lái)看，目前報(bào)道的并不多，只是像特斯拉這樣的焦點(diǎn)，報(bào)道的比較頻繁，反而給公眾的感覺，我感覺我們自主品牌的車要比特斯拉還要安全。
此外，最近有一個(gè)大的事故，我個(gè)人覺得，如果一斤或者半斤棉花就能把電動(dòng)車點(diǎn)燃，最后讓電池著火，這種車很不安全，我們企業(yè)不應(yīng)搞這種不負(fù)責(zé)任的車。另外，為什么現(xiàn)在電動(dòng)車不安全？不安全的因素是電池，有的是電機(jī)、電控的問(wèn)題，實(shí)際總體來(lái)看不光是這些問(wèn)題，跟控制技術(shù)和使用的重組技術(shù)也都是相關(guān)的。
影響電動(dòng)車安全的因素
1.電池的不安全因素
首先說(shuō)電動(dòng)車不安全的原因主要還是在于電池，從電池的角度來(lái)看，目前最不安全的因素主要在于材料方面，我們的正極材料、電解液、隔膜、添加劑、粘結(jié)劑和負(fù)極，這些東西有效的組合還存在一個(gè)問(wèn)題。
第一個(gè)不安全因素就是電解液的問(wèn)題。普通的六氟磷酸鋰的電解液，配上PVDF粘接劑是會(huì)出問(wèn)題，PVDF粘接劑在電池的工作過(guò)程當(dāng)中，氟會(huì)游離出來(lái)，跟鋰就會(huì)產(chǎn)生氟化鋰，這是第一個(gè)不安全因素。
第二個(gè)不安全因素跟電池的隔膜有關(guān)，隔膜的溫度特性是存在問(wèn)題的。對(duì)于大家目前在探討鋰硫電池，硫是比較大的原子，尤其是對(duì)于大容量的硫電池來(lái)說(shuō)，可能會(huì)存在單質(zhì)硫析出的風(fēng)險(xiǎn)，普通的硫有不同，通過(guò)電解法制取出來(lái)的硫化鋰爆炸的風(fēng)險(xiǎn)是非常大的。
第三個(gè)不安全因素，從整個(gè)電池正極的材料來(lái)看，包括三元材料也需要做比較大的改進(jìn)，把那些不安全的材料和一些比較好的能作為包袱性的材料，一定要在電池的材料當(dāng)中去體現(xiàn)。我們應(yīng)該用安全的材料或者其他的材料，來(lái)包袱一些相對(duì)不安全的材料，把包袱技術(shù)做好才是電池材料比較好的路線。
第四，從電解質(zhì)角度要走固態(tài)電解質(zhì)路線，因?yàn)橐簯B(tài)電解質(zhì)有它的問(wèn)題，尤其對(duì)于電池的壽命和腐蝕性都是不好保證的。大家知道六氟磷酸鋰在生產(chǎn)過(guò)程中，比如磷酸鐵鋰，哪怕是做到30PKM甚至有的電池能到300PKM，只要生產(chǎn)過(guò)程水的成分摻入，六氟磷酸鋰就會(huì)與水產(chǎn)生氟化氫，如果電池的殼體不去處理，包括電池的鋁箔、銅箔也都是需要進(jìn)行處理，否則氟化氫會(huì)把它腐蝕掉。
實(shí)際從電池整個(gè)角度來(lái)看，我們要找到一種非常好的固態(tài)電解質(zhì)，這種電解質(zhì)一定是要人工去合成的，不能是天然的，天然的沒法保證均一性。它還要穩(wěn)定的，應(yīng)該有比較好的結(jié)構(gòu)，能夠有比較多的化學(xué)鍵，吸附更多鋰，所以尋找這樣的物質(zhì)作為電解質(zhì)，我覺得這是一個(gè)路線。
第五從負(fù)極材料來(lái)講，一定要把硅碳負(fù)極做到不膨脹，但是如果采用鋰金屬負(fù)極的話，就需要有非常好的粘結(jié)劑。
2.控制技術(shù)的不安全因素
目前整個(gè)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)在向電動(dòng)化、輕量化、無(wú)人化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、個(gè)性化、共享化的發(fā)展。實(shí)際上把電動(dòng)汽車，現(xiàn)在的這種網(wǎng)聯(lián)或者互聯(lián)，加上能源互聯(lián)，這樣才能做到真正下一代的電動(dòng)汽車。大家去想，我們的電動(dòng)汽車跟電網(wǎng)實(shí)際上沒有太大的區(qū)別，充電電池的響應(yīng)系數(shù)都是類似的。所以我的觀點(diǎn)就是說(shuō)電動(dòng)汽車跟新能源網(wǎng)絡(luò)是有共性技術(shù)的。新能源網(wǎng)絡(luò)目前存在接入困難的問(wèn)題，電動(dòng)車上同樣也存在多能源在一起工作的問(wèn)題。如果多種能源能夠互補(bǔ)，在電動(dòng)車上很好的配合，我想我們就用不上去苛求一種電池滿足這樣那樣的要求。比如說(shuō)超級(jí)電容有高功率的特性，它非常適合于我們車輛載荷變動(dòng)很大的特點(diǎn)；有儲(chǔ)能型的電池，這種電池可以滿足車輛能量的需求。但是在車上目前看到如果把超級(jí)電容等等放在車上，工作起來(lái)目前還是有一定問(wèn)題的，沒有完全解決。
我舉兩個(gè)例子，首先第一個(gè)再生制動(dòng)的時(shí)候，如果車速50公里以下，電機(jī)500轉(zhuǎn)以下，能量能收回來(lái)多少，這個(gè)是一個(gè)問(wèn)題。因?yàn)檐囈徊或?qū)動(dòng)了再生制動(dòng)電池不工作了，不工作電壓要回升，電池的電壓就相當(dāng)于水壩一樣，你把再生回來(lái)的功率流進(jìn)行調(diào)解，調(diào)解后的電壓、電流要高于電池電壓，理論上才能充到電池里。但是車速很低的時(shí)候，產(chǎn)生出來(lái)的能量流或者功率流怎么去調(diào)解？我們目前電動(dòng)車上或者能量變換領(lǐng)域都采用的脈寬調(diào)制技術(shù)，它是調(diào)制不了或者解決不了這個(gè)問(wèn)題的。
第二個(gè)脈寬調(diào)制技術(shù)，調(diào)制出來(lái)的波形不管你是要單向還是三向的，從波形上看，調(diào)制出來(lái)的根本不是平滑的、標(biāo)準(zhǔn)的、波形畸變率很小的正弦波形，而是梯形的，帶紋波的，帶高次諧波的，這又是一個(gè)問(wèn)題。第二個(gè)電機(jī)在工作的時(shí)候，即便是給它標(biāo)準(zhǔn)正弦波，它還有諧波，所以從控制系統(tǒng)角度來(lái)看，要想保護(hù)好電源端，就必須把諧波消除掉，系統(tǒng)還要做補(bǔ)償，這樣才能提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。所以站在車載動(dòng)力電池的輸出端來(lái)看，是有很多高次諧波、雜波的，而且有數(shù)據(jù)是令人非常吃驚的，比如說(shuō)一個(gè)400伏的直流電源系統(tǒng)，實(shí)際在工作的時(shí)候再生的瞬間它的峰值電壓是可以達(dá)到600伏的，大家想一想電動(dòng)車上600伏的東西，一進(jìn)行再生制動(dòng)或者是能量回饋整個(gè)沖擊整個(gè)動(dòng)力電池組，這樣電池能受得了嗎？
所以從控制角度來(lái)看，我們究竟需要什么樣的一種控制呢？從技術(shù)角度來(lái)看，我們需要一種雙向的，雙功的，要隔離的，還要能進(jìn)行叫高質(zhì)量電能變換，內(nèi)部進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)?，而不要外部再去加什么東西。如果電動(dòng)車都這樣的話，整個(gè)系統(tǒng)還是非常復(fù)雜的，所以需要更換控制技術(shù)，所以整個(gè)電動(dòng)汽車不安全的因素，絕對(duì)不僅僅因?yàn)殡姵亍?
影響電池組的不安全因素
整個(gè)電池組的組合也要看走線，通過(guò)測(cè)電池動(dòng)態(tài)加載過(guò)程，實(shí)際上每個(gè)電池的動(dòng)態(tài)阻抗是不一樣。因?yàn)殡姵夭辉谕粋€(gè)地方，連的線的長(zhǎng)短不一樣，走線位置不一樣，還有分布式阻抗，不可片面追求電池一致性而忽略了阻抗，包括電磁兼容特性。實(shí)際電池是很一致的，比如18650電池，但是在使用過(guò)程當(dāng)中受到分布式阻抗的影響，最后造成了不一致性也是非常大的。
此外影響使用一致性的，還有是溫度因素。小車還可以，把電池封閉起來(lái)進(jìn)行所謂的液體冷卻，能做到比如說(shuō)4到8度，有人說(shuō)2.5度都可能，3.5度甚至1.5度可以做得到。但是對(duì)于大客車來(lái)講，電池分了那么多箱，不只在車的不同位置，別說(shuō)所有箱的一致性，單箱內(nèi)部能做到8度15度的溫度一致性嗎？溫度不一致，對(duì)于動(dòng)力電池一致性的保持或者要求來(lái)講，其他的都是廢話了，你生產(chǎn)再一致，但溫度不一致有什么用？所以我覺得我們電動(dòng)車目前的問(wèn)題確實(shí)是存在著。
各種影響安全的因素都有，但是主要的安全是由于電池內(nèi)部局部或者全局的內(nèi)短路而導(dǎo)致的整體熱失控，這樣它會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，這個(gè)是最重要的原因。但是大家知道像熱失控又是不可控的，它一旦熱失控了，你就只能等著它去燒，所以大家在使用電動(dòng)車的時(shí)候注意，一旦著了火趕緊逃生，其他解決不了。
所以大家最重要的是這種溫度或者是內(nèi)短路的這種檢測(cè)要非常準(zhǔn)確，及時(shí)的進(jìn)行預(yù)報(bào)，預(yù)防可能失控的出現(xiàn)。另外失控之后要有比較好的應(yīng)對(duì)措施，換句話說(shuō)拿一個(gè)電池箱，能實(shí)現(xiàn)里邊的某一個(gè)電池它熱失控了，這個(gè)電池箱還很安全，其他的電池不會(huì)著，那可以說(shuō)你是夠安全了。不能說(shuō)因?yàn)橐粋€(gè)電池著了，這個(gè)箱子都著了，甚至炸了，那是不可以的。
綜上所述，目前電動(dòng)車要提升質(zhì)量，提高效率，要進(jìn)行輕量化，高效的動(dòng)力系統(tǒng)，進(jìn)行能量再生回饋，在整車安全，電池組安全和高壓控制安全各個(gè)角度做控制。在促進(jìn)產(chǎn)量的同時(shí)考慮新型的制造技術(shù)，加強(qiáng)自動(dòng)化管理，要做好裝備的開發(fā)。
由于這些問(wèn)題的存在，由于從材料到控制、到大家使用上確實(shí)我們還要做很多工作，所以我的觀點(diǎn)：電動(dòng)汽車的技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有到天花板，如果大家投資電動(dòng)汽車的技術(shù)，在目前自己的方向上沒有更深層次的來(lái)解決目前電動(dòng)汽車技術(shù)的話，你的投資是有風(fēng)險(xiǎn)的。
至于說(shuō)到特斯拉，我對(duì)它是有看法的，它用18650現(xiàn)在變成21700電池，實(shí)際它開了一個(gè)壞頭，我們的電動(dòng)車應(yīng)該根據(jù)不同的車用20、40、60Ah的電池，不能用太小或者太大的電池。
電動(dòng)車不安全因素的解決方案
解決方案首先第一個(gè)就是說(shuō)怎么來(lái)解決我們思維的方式。大家看，像手機(jī)電池一樣它只有一個(gè)單體，如果我們這個(gè)電動(dòng)車一塊電池就可以驅(qū)動(dòng)的話，這個(gè)就不存在這樣那樣的問(wèn)題了，這個(gè)是一個(gè)。所以我們?cè)谠O(shè)想比如說(shuō)各個(gè)電池廠都有叫做分容化成設(shè)備，如果在這上對(duì)單個(gè)電池進(jìn)行分容化成的話，能做到3000次、5000次，鈦酸鋰電池能做到1萬(wàn)次。比如說(shuō)做碳酸鋰化成的話，裝一百塊電池同時(shí)進(jìn)行分溶化成，也可以做一萬(wàn)次的試驗(yàn)，這是沒問(wèn)題的。所以我們想實(shí)驗(yàn)臺(tái)上為什么這么多電池能在一起工作，而且這種分容化成也能夠把電池回饋，一起把電放出來(lái)，所以還是要一種所謂的集成方式，集成方式要做工作。
我們?cè)谙?，我們的電池不要做物理并?lián)的，只有串聯(lián)，要通過(guò)功率變換裝置進(jìn)行所謂的耦合。為什么？控制這一部分是可以做多端口，我們一個(gè)轎車可以有三串電池四串都可以，你可以有一組鉛酸的，一組鋰電，在加一組超級(jí)電容都可以，所以是這樣的解決方案，這樣整個(gè)控制就好解決了。
實(shí)際目前我覺得行業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)還是在于固態(tài)電池，固態(tài)電池一定是一個(gè)好方向，如果大家不去布局攻關(guān)的話，我們很可能走在日美包括寶馬的后面，這個(gè)是毋庸置疑的。
根據(jù)我們掌握的這些，固態(tài)電池目前國(guó)際上攻關(guān)的企業(yè)很多，我們?cè)谠O(shè)想目前兩年之后可能就是固態(tài)電池的紅海。包括裝備的制造，包括低速電動(dòng)車，低速電動(dòng)車給大家說(shuō)個(gè)例子，目前比如說(shuō)為什么有些企業(yè)搞的還是100公里、120公里、150公里這種所謂低速鋰電池的電動(dòng)車是要仔細(xì)考慮一下這種方案的。假如說(shuō)大家都用長(zhǎng)安奔奔或者是奇瑞EQ的平臺(tái)，100公里左右的鋰離子電動(dòng)車跟這幾家主機(jī)廠賣的200公里甚至300公里的電動(dòng)車，大家比較一下怎么對(duì)電池進(jìn)行維保，比如說(shuō)高速車可以保8年/12萬(wàn)公里，低速車敢保嗎？第二個(gè)安全上，里程短的，所謂雙100的，你比高速的更安全嗎？第三個(gè)電池的工作狀況更好嗎？這三個(gè)問(wèn)題。
我覺得新能源汽車最迫切的問(wèn)題是要研究好路線，做塊好電池，選擇好整車路線，要改善電池的工作條件，這樣才能解決安全、里程和經(jīng)濟(jì)型。電池需要什么樣的工作條件呢？放電的波形不要跳到太快，就是說(shuō)波動(dòng)幅度不要太大，不要有諧波，要盡量的低倍率放電，應(yīng)該是這樣一種工作條件。所以我贊成比亞迪的方案，多裝電池暫時(shí)沒壞處，這樣可以保證安全。另外在低速車上如果有這種好的控制技術(shù)，鋰電加鉛酸也可以探討，還有普通增程器，以后也還有油，所以大家能兩步走的事你非要一步走一定會(huì)有代價(jià)的。
所以整個(gè)動(dòng)力系統(tǒng)要求一體化，不光是這樣的，從整車控制來(lái)看，包括大家看到的T-Box認(rèn)證問(wèn)題，繼續(xù)下去包括大家看一些電池管理，單獨(dú)做電池管理的企業(yè)生存比較艱難，所以日后我們的觀點(diǎn)不管是動(dòng)力系統(tǒng)也好，很多系統(tǒng)也好大家需要告訴他。這個(gè)是我的觀點(diǎn)，所以未來(lái)電動(dòng)汽車要求越來(lái)越高，光能動(dòng)起來(lái)是不行的，你一定要有質(zhì)，有效，這樣才能做出好車，在行業(yè)中立足，也能真正把我們國(guó)家轉(zhuǎn)型的事兒做好，謝謝各位！
