動力電池的安全、廢舊電池的回收等問題分析
來源：寶鄂實業(yè)
2019-06-23 20:50
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伴隨新能源汽車產(chǎn)業(yè)的持續(xù)高增長，我國電動汽車產(chǎn)業(yè)已形成從上游原材料供應，到中游動力電池、電機、電控及整車制造，再到下游充電設施建設等一套完整的產(chǎn)業(yè)鏈。一路走來，取得了不少成績，但也面臨諸多安全及技術挑戰(zhàn)。
據(jù)中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示，2018年，我國新能源汽車產(chǎn)銷量分別完成了127萬輛和125.6萬輛，其中純電動汽車產(chǎn)銷分別完成98.6萬輛和98.4萬輛，插電式混合動力汽車產(chǎn)銷分別完成28.3萬輛和27.1萬輛。全年銷量的公布為2018新能源汽車發(fā)展提交了一份滿意的成績單。
但電動汽車特別是動力電池的安全、廢舊電池的回收等問題也隨即成為業(yè)界的關注焦點。
去年10月，國家市場監(jiān)管總局透露，據(jù)掌握的輿情信息顯示，2018年已發(fā)生新能源汽車起火事件40余起。另據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2018年全年召回新能源汽車高達13.57萬輛，召回比例高達13.46%。
有報道可查的新能源汽車起火原因雖不盡相同，但細究起來電池長時間在液體中浸泡、電池材料不過關、動力電池系統(tǒng)拼裝布局缺陷、使用中過充過放、電池組件安全性等都是電池起火的風險因素，最終的結果就是電池發(fā)生熱失控導致自燃。
公開資料顯示，2018年新能源汽車的自燃事件發(fā)生多達30余起。去年8月25日，成都一輛威馬EX5在威馬汽車研究院園區(qū)內(nèi)發(fā)生自燃。8月26日，安徽銅陵一輛安凱電動客車在路邊起火。8月28日，一輛正在充電的廂式電 動車起火。8月31日，廣州街頭一輛力帆650EV起火。10月10日，北京一輛長安奔奔EV起火。
上個月24號下午，美國佛羅里達州一名男子駕駛一輛2016年特斯拉Model S在公路上轉彎時，失控撞上棕櫚樹后起火燃燒，司機當場身亡。燒焦的特斯拉隨后被拖至一個停車場，但數(shù)小時后這輛車又自燃了三次。目前，警方尚未公布此次事故是否由車輛技術問題所致。
新能源汽車想要替代傳統(tǒng)燃油車，如何邁過動力電池安全這道門檻至關重要。
原國家863電動車重大專項動力電池測試中心主任王子冬曾向網(wǎng)易汽車表示，動力電池安全性是一個敏感的話題，又是一個不能回避的話題。我國動力電池行業(yè)經(jīng)過十年的積累，已經(jīng)有了非常大的提升，但仍存在一些問題，尤其是電池技術這些年沒有明顯的進步。
電池能量密度越高，安全性越差，很多人希望電池能量密度增加，同時安全性也保持同樣的水準，這本身就是矛盾的，我們只能在矛盾體中盡量追求一種平衡。一些整車企業(yè)盲目提高動力電池能量密度去迎合補貼政策，而在動力電池安全性驗證上重視不足，這成為了誘發(fā)起火事件的潛在因素。
實際上，當前我國電動汽車行業(yè)標準與法規(guī)在動力電池安全設計及管理上缺少正向激勵措施，造成了電動汽車及動力電池行業(yè)缺乏足夠動力，以更高的安全標準開發(fā)動力電池及相關產(chǎn)品。
因此，無論從遏制電動汽車安全事故總量，保障用戶生命與財產(chǎn)安全，還是保護電動汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，動力電池的安全都成為迫切解決的問題。
全國人大代表、遠景集團創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官張雷今年帶來的兩會議案是“強化安全測試，統(tǒng)一安全標準，確保電動汽車行業(yè)健康發(fā)展”。
針對動力電池安全張雷給出了3點建議：
1.電動汽車安全標準中，強化引導全行業(yè)提升動力電池安全標準。在汽車行業(yè)安全評分（如CNCAP）指標中針對電動汽車，特別是動力電池的安全表現(xiàn)增加加分項。例如針對影響動力電池安全最關鍵的“熱失控”問題上，增加通過電池電芯和模組穿刺實驗的電動汽車可以提供相應加分激勵的評分內(nèi)容。
2.中國電動汽車和動力電池行業(yè)對于產(chǎn)品安全方面應采用國內(nèi)外統(tǒng)一標準。中國電動汽車和動力電池行業(yè)應與世界標準同步，并在國際標準制定上占據(jù)重要地位，加強各主流標準制定和更新的討論。
3.鼓勵行業(yè)充分應用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及人工智能等技術，實現(xiàn)動力電池健康度的預測和主動安全管理。例如基于大數(shù)據(jù)的分析和對比，實現(xiàn)電池健康度的預測和主動安全管理。
張雷建議可以將電池和整車的健康度用量化的形式實時呈現(xiàn)給駕駛員，一旦有部分部件存在高風險，系統(tǒng)可以提示駕駛員提前采取預防措施。實時呈現(xiàn)健康度，并且告知駕駛員可以如何調整駕駛方式來提高電池和整車的健康度。從而達到跟駕駛員良性互動，提高整個車輛系統(tǒng)安全的目的。
實際上，動力電池安全問題不僅僅涉及電池研發(fā)制造層面，同樣應涵蓋電池在消費者用車周期內(nèi)及梯次利用直至最終報廢全生命周期。
動力蓄電池報廢后，如果處置不當會給社會帶來環(huán)境影響和安全隱患，也會造成資源浪費。2015年開始，國家和有關部委就陸續(xù)下發(fā)相關要求，對新能源汽車動力蓄電池回收利用進行規(guī)范。
全國兩會上，針對動力蓄電池報廢存在的問題，全國政協(xié)委員、中國工程院院士、湖南商學院校長陳曉紅建議，要完善我國動力蓄電池回收利用體系和行業(yè)標準，優(yōu)化相關產(chǎn)業(yè)技術，建立動力蓄電池強制回收利用制度。
要針對廢舊動力蓄電池回收、運輸、儲存、處理等制定并完善相應的行業(yè)標準，并推進全產(chǎn)業(yè)鏈技術合作，積極探索動力蓄電池梯級利用場景和潛在市場，充分挖掘廢舊動力蓄電池回收利用價值。
全國人大代表、天能集團董事局主席張?zhí)烊翁峤涣恕蛾P于加強對報廢動力鋰電池的再生循環(huán)利用，確保國家資源戰(zhàn)略安全的建議》。他建議有關部門應加快制定報廢電池回收及再生利用的管理、技術和評價標準，如電池余量檢測標準等；加快研究財稅優(yōu)惠、產(chǎn)業(yè)基金、積分管理等激勵政策，探索動力電池殘值交易等市場化模式，促進動力鋰電池回收利用。
除去動力電池本身的安全外，消費者對新能源汽車的售后維修同樣“頭疼”，特別是全車最昂貴的動力電池部件，此前由于三包條例未將新能源汽車核心部件涵蓋補充入內(nèi)，導致終端市場消費者經(jīng)常被4S店以各種托詞來回踢皮球。
（1）高速狀態(tài)下風阻的非線性增加導致了高速續(xù)駛里程顯著下降
隨著汽車行駛速度的增加，滾阻呈線性增加，而風阻呈非線性增加，在電動汽車速度超過100km/h后，風阻的快速非線性增加是電動汽車行駛損耗顯著增加的主要原因，此外不同坡度下需要的牽引功率變化也將降低其續(xù)駛里程。
（2）電動汽車冬季空調比夏季能耗更高，從而對續(xù)駛里程影響更大
在夏季，電動汽車的空調耗能占驅動耗能的30%左右，具體與環(huán)境溫度與太陽照射強度有關，但燃油車同樣需要消耗發(fā)動機能量來制冷，兩者并無顯著差異。
在冬季，與傳統(tǒng)燃油車可依靠發(fā)動機排熱取暖不同，電動汽車冬季空調仍然是其主要的駕駛艙供暖方式。而與夏季空調使用工況相比，冬季零下低溫條件下空調需要更大能耗才能將艙內(nèi)溫度維持在舒適溫度范圍內(nèi)，因而成為降低電動汽車續(xù)駛里程的最主要因素。
3月14日，國家市場監(jiān)督管理總局針對《家用汽車產(chǎn)品修理、更換、退貨責任規(guī)定（修訂征求意見稿）》向社會公開征求意見，修訂稿最大的變化就是新增了新能源汽車的部分。
根據(jù)公布的修訂稿內(nèi)容，汽車三包新規(guī)在新能源汽車方面將增加如下內(nèi)容：
一是把動力蓄電池、行駛驅動電機作為與發(fā)動機、變速器并列的家用汽車主要系統(tǒng)，納入免費更換總成的規(guī)定范圍（自銷售者開具購車發(fā)票之日起60日內(nèi)或行駛里程3000公里以內(nèi)）。
二是將動力蓄電池、行駛驅動電機與其主要零件反復發(fā)生的質量問題納入退換車條款。
三是要求生產(chǎn)者將動力蓄電池放電容量衰減限值和對應的測試方法明示在三包憑證上。
四是動力蓄電池起火，消費者選擇更換家用汽車產(chǎn)品或退貨的，銷售者應當負責免費更換或退貨（自銷售者開具購車發(fā)票之日起60日內(nèi)或行駛里程3000公里以內(nèi)）。
電動汽車續(xù)航里程無疑是消費者最關心的問題，然而實際續(xù)航里程與廠家宣傳的等速續(xù)航和NEDC綜合工況續(xù)航不符，也成為消費者的一大困擾。某電動車主談起續(xù)航里程時頗有些無奈地說，“我這輛車廠家宣稱等速續(xù)航360km，綜合續(xù)航305km，實際在冬季開空調行駛，續(xù)航只有100公里左右。”消費者不禁要問，我的車到底能跑多遠？
消費者對于里程的焦慮始終伴隨純電動汽車的發(fā)展，動力電池也再次被推上風口浪尖。但是電動汽車續(xù)航里程的這口“鍋”，單單靠電池卻很難背得動。
關注電動汽車續(xù)航，電池并非“罪魁禍首”
影響電動汽車續(xù)航的因素有很多，大致分為兩類，第一類是和燃油車相同的因素，如車重，風阻，輪胎直徑等；第二類則是電動車特有的影響因素，如電池、電機、電控、外界環(huán)境因素等。就電池本身而言，影響續(xù)航的因素主要有三點：電池容量、電池材料、電池系統(tǒng)能量密度。
一般來說電池容量越大，可提供的動能就越多，續(xù)航里程會越長，這就好比燃油車油箱的大小會一定程度影響續(xù)航一樣。不過值得注意的是，并不是電池包的容量越大越好，因為在單個電芯同等容量的情況下，電池包的容量越大，需要的電芯數(shù)量也就越多，也就意味著整車的質量越重，而過重的車身則會對續(xù)航產(chǎn)生不利影響。
正因如此，輕量化一直是電動汽車追求的重要目標之一。除了車身及其他部件的輕量化外，電池包也需要追求更輕的重量。因此，選擇能量密度較高的三元材料，逐漸成為主流。
目前乘用車常用的電池有磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，兩種電池各有優(yōu)缺點。在實際使用中，磷酸鐵鋰電池耐高溫，安全穩(wěn)定性強，價格便宜，循環(huán)性能好。三元鋰電池能量密度高，在電池容量/重量相同的情況下，采用三元鋰電池的汽車整備質量更輕，續(xù)航里程也更長。
但是，采用了單體能量密度高的三元鋰電池，也不意味著就能得到較高的續(xù)航里程，這還涉及到電池包的系統(tǒng)能量密度。只有合理布局電池包的結構，讓每一顆電芯都發(fā)揮出應有的能量，續(xù)航里程才更有保障。
除了電池，這些因素也會直接影響電動汽車續(xù)航
一輛純電動車上路行駛，需要電機、電池以及電控組成的三電系統(tǒng)協(xié)同工作。
電機好比電動汽車的“心臟”，相當于燃油車的發(fā)動機，作為驅動單元，整車性能與電機有很強的相關性，包括加速時間，最高車速等參數(shù)都取決于電機。
電控系統(tǒng)作為整臺車的總控制臺，決定了電機的調速、扭矩控制等，同時也將控制電池放電倍率、整車高低壓電轉換的效率，它既要控制能耗又要兼顧性能，并且在滿足高動態(tài)的車輛響應頻率的同時，還要保護電池和電機的安全性。
由此可見，電池、電機、電控三者相輔相成，密切合作缺一不可。電機與電控能否有著最佳的表現(xiàn)，也會直接影響純電動汽車的續(xù)航里程。因此，電動汽車的續(xù)航問題不能簡單歸因于動力電池，也應該注意電控和電機在其中扮演的重要角色。
此外，風阻、車重、速度、行駛路況、天氣狀況、駕駛方式等一些外部因素，也會影響電動汽車續(xù)航。因此，續(xù)航里程受多方因素影響，還需綜合評判。
減輕里程焦慮，新技術不斷推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展
近年來，動力電池技術飛速發(fā)展，乘用車電池系統(tǒng)能量密度2015年平均為97瓦時/千克，到2017年提升至111瓦時/千克。據(jù)電池中國網(wǎng)統(tǒng)計，2018年第一批公告目錄中純電動乘用車系統(tǒng)能量密度140瓦時/千克以下車型占比為59%，而年末最后一批公告中該比例已降至20%。系統(tǒng)能量密度的提升，也間接推動了新能源汽車銷量的逐年增長，對電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展有著非常積極的影響。
除了能量密度的提升，氫燃料電池、固態(tài)電池等多樣性電池產(chǎn)品的發(fā)展，也為電動汽車產(chǎn)業(yè)注入了新活力。多樣性電池產(chǎn)品的應用和電池技術的革新，正不斷推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。相信在不久的將來，電動汽車續(xù)航里程焦慮問題會逐漸消減，就像今天我們不會太過在意燃油車的續(xù)航里程一樣。
在上述新能源汽車相關的三包條款中，動力電池顯然是重中之重，這也契合了當下新能源車主的痛點。
我國的電動汽車市場已進入高速增長期，電動汽車安全，特別是動力電池安全，已經(jīng)成為消費者關心的重要問題。在市場占有率和銷量增速引領全球下，我們更應當抓住契機，夯實安全基礎，體現(xiàn)電動汽車大國的責任和擔當。
