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人物|欧阳明高:电动汽车安全,核心何在?

2016年08月22日 00:00:00
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导读

面对产销继续上涨的态势,很多业内专家提出“重质重量”的观点。早在今年年初,欧阳明高曾期许:“希望2016年成为我国新能源汽车技术品质的提升年。”

   “目前三元电池暂停使用有具体时间表吗?暂停使用三元电池是不是排斥韩国企业呢?”一位记者在电动汽车安全报告媒体交流会上提问。

中国电动汽车百人会执行副理事长、清华大学教授欧阳明高

  对此,中国电动汽车百人会执行副理事长、清华大学教授欧阳明高回答:“目前我国正在制定相关的安全标准,包括电池安全标准、客车安全标准以及安全评估报告等,并且在制定安全标准的过程中,也邀请了包括LG、三星在内的韩系企业参与。关于三元电池暂停使用,不存在其它问题,就是为了保证客车本身的安全性,完全是从安全角度考虑的。”

  近日,中国电动汽车百人会夏季论坛暨电动汽车安全报告媒体交流会在京召开。交流会上,欧阳明高就电动汽车安全及当前行业热点问题与到场媒体展开交流讨论。

 

  遇上好时候 品质待升级

  根据中国汽车工业协会的数据,2016年7月新能源汽车生产3.8万辆,销售3.6万辆,同比分别增长93.4%和98.1%。其中纯电动汽车产销分别完成2.7万辆和2.6万辆,同比分别增长127.0%和144.2%。

  可见,自去年我国新能源汽车产量突破30万辆以后,今年产销量继续保持上升趋势。事实也的确如此,今年上半年,一些整车企业报出了年中成绩单。其中,北汽新能源汽车今年1-6月累计销量达15052辆,同比增长142%;比亚迪1-6月新能源汽车销售4.6万辆,同比增长120%。与此同时,上汽集团和广汽集团在智能驾驶和插电式混合动力车型及技术方面开始发力。

  不过,上述数据并不能代表2016年新能源汽车产业发展的全部。近日,比亚迪董事长王传福在夏季达沃斯论坛上表示:“去年新能源汽车销量达到30万辆,占比(2015年我国汽车总销量)为1.3%,从0到1%可能需要十年时间,但从1%到10%,五年可能就够了,这1%就是拐点。”

  同样,在8月16日北汽集团宣布成为百万级俱乐部成员之际,北汽集团董事长徐和谊在致辞中明确提出,北汽集团计划至2020年实现新能源汽车20万辆的产销量目标。并同期传递出“至2020年北汽旗下绅宝品牌100%实现电动化”的重要信号。

  显然,对于新能源汽车产业内的企业而言,2016年意味着又一个机遇期的到来。

  然而,面对产销继续上涨的态势,很多业内专家提出“重质重量”的观点。早在今年年初,欧阳明高曾期许:“希望2016年成为我国新能源汽车技术品质的提升年。”

  中国电动汽车百人会理事长陈清泰也表示,如果因为缺乏技术创新,导致电动汽车产品出现严重的安全事故,国内新能源汽车市场将出现断崖式下滑。

  事实上,四部委都在积极推动新能源汽车的安全建设。就工信部刚刚发布的《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》修订征求意见稿而言,意见稿中强化了对新能源汽车产品的安全监控,增加了对已销售的全部新能源汽车的运行和安全状态进行全生命周期实时监控的要求。

  据欧阳明高介绍:“电动汽车安全问题,主要集中在电池、充电基础设施和整车制造三个环节。”

 

  主攻三环节 电池是核心

  那么,为什么他所提及的三个环节成为电动汽车安全的主要问题呢?交流会现场,欧阳明高结合时下热点话题做出了说明。

  首先,他指出:“电动汽车安全的核心是电池安全。”具体而言,与发动机等零部件不同,温度是电池性能的重要参数,特别是锂电池。一方面电池怕冷,如果温度过低,电池无法正常工作。另一方面,当温度上升到某个临界点时,电池开始产生副反应,副反应形成连锁反应导致电池放热程度越来越高;到达一定程度,电池放热会使内部短路、隔膜崩溃、电解液燃烧,致使温度迅速上升,形成热失控;到达最高温度时,电池会出现冒烟、起火甚至爆炸。

  进一步说,当前电动汽车常用的三元锂电池和磷酸铁锂电池,两种电池的安全隐患主要是由于温度过低或过高而引起的,正常工作范围在45度以内。但是,欧阳明高也纠正了消费者的理解误区。“和飞机上禁止携带大功率充电宝等锂电池产品的原因一样,这是由锂电池特性决定的,但并非说明锂电池产品不安全”。他解释:“严格的热管理系统使问题得到解决,使电池温度保持在正常工作区间。热管理系统包括散热、加热、隔热。其中,针对由于热失控而采取的隔热措施,目前清华大学团队联合其他力量正在规范热失控传播测试标准,主要研究电池热情况出现后,是否会传到第二个电池,到达第二个电池需要多长时间这两个问题。”

  除了温度以外,电池比能量对安全技术要求提出了考验。谈到目前两种电池的安全之争时,欧阳明高表示:“三元电池是一个技术方向的代表,也是攻关重点。但是要应对这种高比能量电池所需要的安全技术就更加复杂。三元电池目前最高可以达到200Wh/kg,再发展到300Wh/kg,甚至350Wh/kg,则被称为电池的革命性进步,这种电池对安全的要求就更高了。”

  事实上,关于两种电池的安全性比较,业内专家结合各自研究领域作出了多种回应。其实不难理解,换个角度来看,作出三元电池暂停使用的决定是为了确保整车安全,尤其是客车安全。正如欧阳明高用“敏感”来形容客车安全,还有客车行业车型多、质量控制难等一系列原因。

  辩证看问题 客车任务重

  其次,充电基础设施也可能引起安全事故。在近两年发生的安全事故中,曾经出现电池管理系统死机、充电机没有接收到反馈信息继续充电的情况。对于这类事件,欧阳明高用两个数字描述了过充的风险程度。当过充到110%时,不会发生明显事故;当过充到150%时,会当场发生剧烈的事故。同时,他也指出,忽视过充而令此类情况长期积累下来,容易酿成事故。

  “过充与充电机质量、电池管理系统质量有关。”欧阳明高坦承,“充电机与电池结合可能出现各种各样的问题。然而,对比电池、充电机和整车三个行业,充电机行业总体发展水平较差,还存在行业准入门槛低、企业水准参差不齐等问题。”

  就通过规范技术标准来提升充电机行业整体水平而言,他表示:“现在正处在新旧标准的过渡期,实施起来必然会有一系列的问题。”此外,据他介绍,新标准除了涉及充电过程中的安全问题,还将增加充电设备的施工标准等内容。

  最后,整车安全重点监控客车。据了解,在乘用车方面,包括长安、上汽、北汽等国内主流整车厂都具备严格的安全验证体系,防水、碰撞等测试规范与国际规定保持一致。

  “相对而言,客车由于制造企业过多、车型过多、车型开发周期过短,有些企业在安全方面做得不到位。所以客车是政府重点监控的一个安全车型。”欧阳明高说。

  他认为,从长远来看,整车集成技术水平提升,为车辆安全品质,尤其客车的安全品质提供了强有力的支持。

  据介绍,整车集成主要包含三方面问题,一是高压电器安全问题,二是碰撞安全问题,三是防水防尘问题。其中,驱动电机控制器和电力电子器件的损坏、短路,都容易造成事故。在电动汽车的安全上需重点防止电池碰撞,因为电池碰撞后会产生变形,最终结果导致短路而引发事故。

  值得注意的是,不可忽视防水防尘问题。就在不久前,南京还发生一起因车辆泡水而造成新能源客车自燃事件。该事件背后暴露出我国电动汽车在动态环境下的安全隐患。欧阳明高提出:“电动汽车的防水标准,单试验电池是不够的,整车必须做大量的试验,把密封做好。这是整车企业要做的。”

  虽然在电动汽车安全的整体表述中,客车略显不足,但是欧阳明高也给出了肯定:“以目前国内的技术水平,在没有特殊因素影响下,保证纯电动客车用8年、纯电动乘用车用10年以上,是没有问题的。”

  至于下一步,他和他的团队计划提出包括地下车库充电桩安全标准、优化电池检测标准、建立电动汽车年检制度等可行性建议。

欧阳明高答问录     自动驾驶:三级技术产品易扎堆

  《新能源汽车报》:今年上半年,自动驾驶技术导致了几起安全事故,而自动驾驶技术也是基于电动汽车开始发展的一项技术。所以,在百人会的电动汽车安全报告里,是否梳理了自动驾驶相关的内容?

  欧阳明高:虽然《电动汽车安全报告》主要与电动汽车相关,但也提到了关于自动驾驶汽车所带来的新的安全挑战。因为自动驾驶的确是一个新问题。

  关于智能化电动汽车的安全问题,现在自动驾驶分成四个等级,一般SAE一级只有自适应巡航加车道保持警告;SAE二级为部分自动驾驶;SAE三级高度自动驾驶;SAE四级是完全自动驾驶。SAE二级较为尴尬,比辅助驾驶功能强一些,但是还不是高度自动驾驶,这就会导致司机产生麻痹,例如,司机看手机或做其它事情了,这期间非常容易出现安全事故。

  SAE四级是理想化的状态:全天候、全工况、完全自动驾驶,这是一个相对比较复杂的或者比较理想化的目标。我觉得,SAE四级是一个相对远期的目标,现在针对SAE三级开发的企业和产品比较多。

  所以现在关于自动驾驶带来的安全问题,除了目前出现的一些事故,还有信息安全的问题,这也是我们非常重视的。总体来看,技术创新的速度非常快,问题也会逐渐得到解决,但是在它真正卖给客户的时候,的确要进行严格、仔细地安全评估。由于汽车的自动化是电动汽车发展的一个主要趋势,也是一个十分重要的方向,下一步清华大学团队将进一步深入研究。  

  续航里程:至少三方面考评

  《新能源汽车报》:今年上半年有一款新推出的电动汽车品牌,据称该车续航里程可以达到500公里,配备的电池是纳米碳纤素电池。关于这款电池,你了解吗?

  欧阳明高:我不知道这个电池材料是什么,如果是纳米技术的碳,还靠谱一点。材料科学目前最重要的突破就是纳米技术。你说的那种材料我没有看到过,也不知道他的东西是什么,只能说个大概的方向,很难进行深入的解读。

  《新能源汽车报》:以目前的电池技术来看,一辆电动汽车能跑到500公里以上吗?

  欧阳明高:第一,以特斯拉为例,常规驾驶方式可以达到400多公里,如果像开跑车一样,那么耗电量就很大,而且由于电池极化,还有大部分电量释放不出去,所以其真实续驶里程会下降,仅能达到250多公里左右。但是,如果以40km/h的速度匀速驾驶,那么续驶里程确实有可能达到800公里。由此可见,续驶里程跟开车的方式有很大关系。

  第二,有个别企业号称自己的电动汽车比市面上其他品牌的电动汽车续驶里程长,这种说法是不科学的。我们所说的续驶里程不够远,是在性价比高的前提下作出的评判。如果不考虑成本,那么可以尽可能多地装载电池,这也能让电动汽车拥有更长的续驶里程。

  那么,续驶里程的限制条件是什么呢?是电动汽车的容积和安装电池的数量。因为一个轿车的容积是有限的,同样的纯电动车SUV比轿车跑得远,因为它可装载的电池容积大。

  第三,与电池的体积比能量有关。对于客车来说,客车体积足够大,12米大客车全部搭载电池,能保证续航里程达到700公里。但是轿车由于容积限制较客车提升速度慢。所以对轿车来讲,重量比能量还不是最重要的参数,体积比能量更为重要。

  从这个角度来看,提高电动汽车续航里程要做两件事。一方面是提升重量比能量,另一方面提高体积比能量。例如,从350Wh/L提高到400Wh/L,甚至达到700Wh/L的目标,这样续航里程才会更长。

  当然,还有最后一个因素,还有人提出应用铝空气电池,续航里程达到1000公里。这个问题是比能量的问题。铝空气电池与当前业内讨论及应用的锂离子电池不一样。

  锂离子电池是什么电池呢?正极材料是含锂的化合物,负极一般由石墨组成。充电时,锂离子从正极含锂的化合物当中“跑”出来,经过内部的电解质,到负极的石墨嵌入其中,放电时,离子再回到正极,往复循环。

  如何提高电池的比能量呢?正极、负极都要寻求技术突破,负极采用硅和碳的复合材料,因为硅的容量更大。现在正极材料比较好的是三元材料、镍钴锰或镍钴铝,只不过成分比例不大一样。

  我认为,以上这些都是主流的电池,但是随着技术的发展,新体系电池会慢慢出现,比如锂硫电池、固态电池等。未来不仅仅有锂离子电池,还会有锂金属电池,它的负极是锂金属。

  当然,刚刚提到的铝空气电池又是另外一种类型的电池——金属燃料电池。从理论上讲,铝空气电池的比能量很高。但是这种电池也有很多问题。它有一个致命的弱点,就是铝空气电池虽然比能量高,但是比功率很低。因此,铝空气电池不能直接作为电动汽车的主体电池,但可以作为辅助电池。

  总体而言,我国动力电池还是沿着锂离子电池的技术方向发展,当发展到600Wh/L,基本上就能够满足轿车的续驶里程要求,但是需要产学研通过技术创新和技术突破,来解决它的寿命和安全性问题。

来源:新能源汽车报

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