原创 自燃事故频发，叩问新能源汽车安全

在新能源汽车推广过程中，若动力电池频繁地发生安全事故，势必对推广造成极大负面影响。不禁要问：中国的新能源汽车动力系统设计真的已经成熟了吗？

早熟的电动车市场

“实际上，目前国内的锂离子动力电池还没有达到在电动车上装车运营的成熟度，国内常以能装车行驶作为成功标志是极其不严肃的。”深圳市欣旺达电子股份有限公司研发总监郑伟伟对《国际电子商情》记者表示。

欣旺达从2009年开始投入新能源汽车动力电池BMS研究的，经历了3-4代产品过程。今年上半年主要进行了区别于业界常规方案的全新BMS（电源管理系统）原理验证、电池箱结构强化设计、热管理研究与实现等工作。其BMS产品目前已经在陆地方舟等车型上装车，单车行驶了数千公里。

郑伟伟指出，作为新能源汽车的核心部件，汽车行驶的动力电池组在投入运营以前，应该经过一系列非常全面、严格的测试过程：

首先是实验室测试与实验。模拟长期实际使用过程中可能遇到的各种极端情况和它们的可能组合，看看动力电池组是否能够承受；然后依据合理的加速试验模型（可能要针对不同的失效模式设计多种加速试验模型），在实验室进行加速寿命试验；还应该进行非常规的滥用试验，比如撞击、落水、持续短路，以及内部各种易损的、关键的元器件损坏等等，看看它能产生多大的危害、是否能让车上乘员有足够的时间停车、逃离。

然后是整车路试。先由整车厂派出对异常处置经验丰富的专业试车员试车几千到几万公里，然后是类似宝马Mini E的那种社会召集、严密跟踪的志愿者试车。

最后才能像燃油汽车那样销售给普通消费者上路。“试想，这一套做下来需要多少时间，要用掉多少样车？这就是欧洲车厂迟迟不能上市电动车的真实原因。不过，如果我们采用并行作业法，让一个产品同时进行不同阶段的实验室试验、或者内部试车作业，就可以大大缩短上市进程。”他说。

锂电池士气不减

由于在上述两起自燃事故中，电动车辆所使用的都是磷酸铁锂电池，因此有人对电池的安全性提出了质疑。不过有业内人士就表示，一般来说，磷酸铁锂电池的安全性相对其他电池(铅酸电池除外)来说是安全的，不会像普通的锂电池一样爆炸，但是会燃烧。这个燃烧不是电池问题，而是电池内部电池组太多，放在一个空间里面，通风不够造成电池温度升高，容易引起电池外壳高温自燃。

事实上，目前越来越多的汽车厂家选择采用锂电池作为新能源汽车的动力电池，如美国福特、克莱斯勒，日本丰田、三菱、日产、韩国现代、法国Courreges、Ventury等。而国内汽车制造商比亚迪、吉利、奇瑞、力帆、中兴等车企也纷纷在自己的混合动力和纯电动汽车中搭载动力锂电池。

郑伟伟表示,由于铅酸电池主原料铅很容易造成污染，近期已有大批工厂被关闭，加上这种技术能量密度低、寿命又短，不可能成为未来市场的主角了，而镍氢电池虽然比较成熟、安全，但其能量密度还是太低，而且镍是贵金属，价格已经没有多少下降空间。电池管理技术是可以进步的，但镍金属资源总是有限的，因此未来最看好磷酸铁锂和锰酸锂电池。

“首先，他们的材料比较容易获得，未来预期成本比较低，这是动力电池获得大规模应用的前提条件；其次，它们的安全性能比较好（但是目前动力电池的安全瓶颈可能更多的是受制于电解液、隔膜以及材料与工艺的稳定性）；最后，它们的循环和日历寿命目前看来都不错，而且有多厂已经实现了量产。但是，磷酸铁锂的专利问题是悬在我们头上的一把利剑，虽然我国专利法有机会拒绝此专利，但如果中国迫于西方的压力，承认其专利的有效性，动力电池领域可能会重蹈DVD行业的覆辙。”他说。

至于其它稀土电池，郑伟伟则表示由于技术没有公开，也没有多厂家跟进，就像当年的“铁电池”一样，无法评价。“但从供货安全的角度考虑，我们不会选择独家生产的电池和原料。”他强调说。

BMS筑起安全防线

杭州赛恩斯能源科技有限公司专注于磷酸铁锂电池系统技术研发，其动力系统专门针对繁忙的城市公共交通设计，现已经安装在多辆科研样车上，进行了几万公里的城市道路及长途公路运行试验，整车性能优异，节能效果明显，动力系统性能稳定可靠，达到可示范运营和推广的要求。

李革臣：安全的电池是保障新能源汽车发展的根本，业内必需引起足够的重视。

该公司总经理李革臣教授指出：“安全的电池是保障新能源汽车发展的根本，业内必需引起足够的重视。目前的近万辆电动汽车，已有几起发生燃烧的情况，若普及到几百万辆后，每年将有上千起安全事故。在新能源车推广过程中，若动力电池频繁地发生安全事故，势必对电动车的推广造成极大负面影响。”

赛恩斯突破传统小电池结构串并联难点，推出大容量锂动力电池“本质安全性”解决方案。

为此，赛恩斯将安全性作为生产的第一指标，突破传统思维方式，通过解决传统小电池结构串并联方式的技术难点，提出了构成大容量锂动力电池“本质安全性”的解决方案。那么，什么是“本质安全性”？

李革臣教授解释说：“世界上没有绝对安全的电池，根据本质安全性理论，赛恩斯采用低阻抗软连接晶体方式，由数以万计的小型圆柱形电池组合成超大容量动力锂电池。单个小容量电池能量有限，若发生燃烧爆炸不足以产生损害性后果，其能量不会引起电池系统的连锁反应。通过对本质安全动力锂电池进行短路、针刺、高温、挤压、过充电、过放电、跌落、水浸、火烧、qiang击等试验，证实了赛恩斯动力锂电池具有本质安全性能。”

与此同时，赛恩斯提出的动态一致性相关方法，如极化特性法、多维激励法、多点频谱法和数学模型参数法，可充分满足动力电池的动态一致性的基本要求。该技术可在24小时内批量准确检测动力锂电池单体在不同温度、不同荷电态下的30天自放电性能，准确度达到2%。可应用于批量电池生产组合分类。该技术的应用有效延长了锂动力电池组寿命，大大减轻了电池管理系统的设计难度并为BMS提供科学的设计依据。

深圳市景佑能源科技有限公司从2008年开始涉足新能源动力电池领域，经多年发展，目前主要可以提供锂电池组、BMS电池管理芯片、数据采集传输系统芯片等。该公司董事长蔡世奇对《国际电子商情》记者表示，在传统的BMS系统设计中，往往强调热管理，即监测单个电池的实时数据，使电池箱各处的温度尽可能一致，避免因温度过高引起的电池造成差异、不均衡或损坏，但是，景佑能源另辟蹊径，把重心放在了“散热”上，开发的锂动力电池模块采用独特的结构嵌入技术，单只电池液体/风冷冷却，实现了先降温再管理。

并且，景佑能源采用了“串并共管”的混合管理控制系统，可实时监控电池组每个单体电池的运行状况，一旦某一单体电池出现故障，系统快速对故障电池进行隔离，最多可同时隔离5个单体电池并实现故障警示，使用户在维修站就可对故障电池进行单体更换，无需更换整个电池包，大大降低了动力电池的维护成本。

瑞萨电子从2005年就开始关注新能源汽车，并推出多个系列的控制芯片应对市场需求，丰田Pruis（HEV）、日产Leaf、本田即全系采用了瑞萨电子的主控芯片，同时也在积极同中国国内的主要车厂进行合作，其中包括一汽，比亚迪，东风等大厂。

瑞萨电子在电机控制方面推出了Px4-E和SH72A双系列控制芯片，均内置RDC，在减少价格成本的同时又精简了板级面积,提高了电磁兼容性。其中Px4-E系列芯片还配有冗余自检内核，大大提高了系统的安全性。这两个系列的产品在中国市场都引起了强烈的关注。而在能源管理单元方面，瑞萨可以提供电池单元管理芯片，充电控制系统以及数字式DC/DC。其中R2A20028可管理12个电池单元，而数字DC/DC内置有高速MCU，主频可达200MHz以上。

于宗源：新能源汽车的电机控制与传统发动机确实存在很大的不同。

该公司汽车电子产品中心产品市场科经理于宗源表示：“新能源汽车的电机控制与传统发动机确实存在很大的不同。瑞萨电子携手日本的主流电机设计方，共同推出基于瑞萨芯片的EV主驱电机控制方案，帮助国内车厂迈过技术门槛，实现整车设计。”

换电不如错峰

能源补给问题是电动汽车推广的瓶颈之一，日前，继国家电网确定电动车“换电为主”的技术路线后，南方电网也宣布推行该技术路线。不过郑伟伟表示，“充电”模式更安全可靠，理由如下：

先谈“充电”。“充电”分快充和慢充两大类，情况有很大区别。只要是采用电化学原理制成的电池，过快的充电都是难以接受的，必然会降低电池的使用寿命、能量密度，或者大大提高电池成本。即使是采用物理原理储能的超级电容，要将几小时消耗的能量在几分钟内充入电容，其内部的电气与机械结构要求将大大提高，充电出现事故的风险也大大提高。所以，储能单元是不希望用快充方式的。

中国现有发电能力已经超过9亿千瓦，每晚闲置的发电能力粗略估计起码有27亿千瓦时。假如中国有1亿台电动车，每天每台车平均要行驶100kM以上，将20kWh的电能用完，也只需要20亿千瓦时/每天的电能。可见，如果采用夜间的用电低谷对电动车充电，实际上不需要对电网和发电能力做大的调整。

“作为上班族用的短途纯电动车，消费者对综合使用成本是很敏感的，慢充带来的电池长寿命和夜间低廉的电价，对他们无疑是有很大吸引力的。只有被市场消费者认可的产品，才有机会获得快速的发展。”他说。

再谈“换电”。郑伟伟表示，所谓“换电”其实也是利用夜间低谷充电才有技术经济价值。换电可以解决续驶里程问题，在车体庞大的公交车上可以比较容易实现标准化，进而实现技术积累，使此模式获得实用。对于乘用车，电池仓空间狭小、形状各异、更新节奏快，无法满足标准化的要求，不赞成“换电”模式。

不过他也指出，换电虽然快捷，但是技术实现还有很大的困难！首先，汽车的抗振、抗冲击和环境适应性要求非常高，就算允许用焊接、螺丝等永久固定方法，尚且有不少燃油乘用车达不到安全标准。而要满足快速拆换的要求，必须要保留间隙和锁扣结构，它们都是结构强度的瓶颈，怎么可能轻易就满足了安全要求？

其次，电池箱与车体之间有各种线缆连接，任何一个连接点出了问题，车就跑不起来了。更严重的是，连接头经过长期颠簸，母线触点很难满足接触电阻要求。假如出现30毫欧的接触电阻，在200A的电流下会产生千瓦电炉的热量，接触点将会迅速烧毁。即使只有轻微接触问题，温升也会加速触点的氧化，若不及时处理，最终触点发热将引燃周围的可燃物体。

另外，固定线路的公交或市政车辆都属于政府所有，其标准电池的归属比较单一，不会有电池电量与质量的纠纷；但用于各属其主的乘用车就不同了，电池可用电量、电池质量、新旧程度等都会带来无尽的争执，尤其在中国信用体系尚不健全的情况下，就更加难以推广标准电池更换模式了。

增程式电动车领跑最后一公里

去年年底，奇瑞在第二十五届世界电动车大会上推出了中国国内首台增程式纯电动汽车S18D-REEV，其特点是以纯电驱动为主，增程为辅，当车载电池电量消耗至最低临界限值时，增程器将自动启动，并为其继续提供电能或直接驱动电机，以实现高达数百公里的续驶能力。

于宗源认为：“纯电动汽车和混合动力汽车代表了两种观念。但是作为终极目标，纯电动汽车将会是唯一的选择。其中增程式纯电动汽车也是纯电动车的一种，采用了辅助发动机进行发电，弥补了现阶段电池的不足。其会是纯电动汽车发展过程中一种有益的补充。”

李革臣教授表示，纯电动城市公交客车是未来发展方向，鉴于目前电源系统的技术水平及城市配套设施现状，现阶段全面推广纯电动客车遇到技术和市场的双重壁垒。而目前相对较成熟的混合动力客车也存在节能效果欠佳，动力性、驾乘舒适性、维护性差等不足。

与纯电动汽车相比，其电池用量小、续驶里程长、可与HEV相同，并且电池可以浅度DOD充放电，电池寿命延长，而且不需建充电站即可运行，需要时建立小功率充电桩。是一种配有车载供电功能的纯电动汽车。

与混合动力相比，增程式电机直驱，无离合器、变速箱，结构比较简单；工作中电池处于良性平台浅充放，能保证电池的使用寿命，并因其电池容量大，能进行纯电模式行驶；发动机能一直处于最佳工作状态，排放小、效率高；具有外接充电方式，能利用夜间的低价低谷电充电。是一种能纯电行驶的插电式串联混合动力。

“增程式可以根据不同城市千变万化的运营环境，灵活变换以下三种工作模式（纯电动工作模式、混合动力模式、插电式工作模式），达到最佳节油效果。随着磷酸铁锂动力电池的不断成熟，未来5到8 年内，增程式电动车将是很有竞争力的主力车型。”李革臣教授如是预言。