安全是电动汽车产业持续健康发展的保障
——中国电动汽车百人会夏季论坛观点摘要
编者按:
8月21日,以“安全保障 创新引领”为主题的中国电动汽车百人会夏季论坛在河南郑州举行。论坛上,业内人士认为,随着国家政策激励制度的逐步退坡,行业普遍意识到,研发试验能力偏弱、关键技术不足、燃料电池产业链不完整、低温环境适应性差等问题将成为制约我国新能源汽车产业发展的障碍。尤其是电动汽车的安全问题,已成为横亘在产业发展路上的首道关卡,甚至决定着产业最终的成败。本报摘发部分专家学者和业内人士在论坛上的发言,以引起业界对新能源汽车安全问题的高度关注。
中国电动汽车百人会理事长陈清泰:
新能源汽车向创新政策双驱动转型
在国家多种政策的助推下,新能源汽车呈现爆发式增长,电动技术逐渐被消费者所接受,潜在消费人群在增长。但同时,新能源汽车总体上还是一个政策驱动的市场,其不可持续性已开始显现,新能源汽车产业发展动力已经到了由政策驱动向创新政策双驱动的转型期。
从今年起,国家补贴政策开始退坡。种种情况表明,我国电动汽车正从产业发展的导入期走向成长期。购车补贴的退坡,确切地说是政策支持向促进创新的转型。也就是在购车、补贴逐步递减的同时,政府应在研发环节加大支持力度,集中资源在动力电池、核心零部件、电控技术、轻量化、智能化等方面突破技术瓶颈。
对比发达国家,我国的电动汽车正面临两个方面的挑战,一是随着补贴政策进入退坡通道,电动汽车提高性价比的进程能不能跟上政策退坡的进程,并在退坡的周期逐渐走上主要依托市场自行发展的道路,这已经成为中国电动汽车产业成败的一个关键。第二是国际汽车巨头开始在电动汽车方面发力,中国市场肯定是他们的一个主要目标。能否改写我国燃油车发展的历史,使我国电动汽车在开放条件下实现技术自立,并建立起较强的国际竞争力,这是政府和企业必须认真考虑的问题。
而迎接这两方面挑战的关键是,进一步突破核心技术,实质性地提高我国电动汽车的竞争力。当前,我国电动汽车正在向成长期转型,这是一个重要的机会窗口。从全球看,电动汽车的技术路线还有选择的余地,核心技术尚待进一步突破,关键零部件的壁垒尚未形成,信息系统还在发展,品牌效应还未发力,商业模式正呈现多样化。可以说,几乎在产业链的各个环节都存在很大的创新空间。
补贴政策的退坡,正在形成一股强大的倒逼式的正能量,补贴导向将让位于市场导向和创新导向,优胜劣汰作用将被强化,在大浪淘沙中,真正能站住脚的,将是那些具有创新能力,掌握核心技术,具有品牌效应的企业。
同时,在新能源汽车市场快速增长的时候,安全应该引起特别的注意,无论是整车企业,还是零部件企业,对于可能出现的安全问题,都要诸项排查、及时发现、找出对策,竭尽全力把问题消除在进入市场之前。因为安全是一个否定性指标,企业要把产品安全建立在技术进步和科学管理的基础之上,要以更多的投入,在设计、生产和实验验证的成功和失败中不断提高产品的安全保障水平。
安全也是规范出来的,要高度重视标准、法规和监管的作用,制订安全的标准和法规。企业必须严格按标准和法规生产、管理和运营,监管部门则应该严格执法,要使达不到标准的产品和违规者支付应有的成本,绝不能容忍劣币驱逐良币的现象出现。
中国工程院院士陈清泉:
控制电池安全靠管理加创新
电池安全是一个系统工程。从原材料纳米级到电池包纳米级,整个电池系统是个学科交叉的复杂系统。
电池安全包括化学安全、机械安全、功能安全。怎么解决?发展固态锂电池。
动力电池不但要考虑电池单体,还要考虑整体,所以电池包作为一个整体应该也要承担安全责任,毕竟整个电池包涉及机械结构安全性、电气安全性、热管理安全、BMS的监控等多个方面。
国家刚刚公布实施了电池包的安全可靠性标准,但对个别项目也需要按照电池包具体的车载情况区别对待。
首先,要搞清电池爆炸燃烧的原因。从电池发热—隔膜熔断—电池短路—温度升高—燃烧爆炸,这是一个链条,怎么应对?应当减少电池发热量,提高隔膜耐热的温度和降低电解液的可燃性。
电池发热的热源从哪里来的呢?电池工作产生的焦耳热量、电池材料不稳定产生的热量、电解液与电池内部之间产生的反应的热量、电池制作缺陷产生的热量都可能是电池发热的热源。
其中,电池工作产生的热量是因为电池的内部短路、离子迁移产生的,怎么应对?减少电池的内部电阻;电池材料不稳定产生的热量热源就是正极材料、负极材料、不稳定分解的放热,怎么应对?通过掺杂、表面改进、减少发热量等方法解决;电池制造产生的热量热源是因为电池极片制作不均匀,导致局部电阻过大温度过高,电池设计不合理,电池内部发热大于散热,怎么解决?合理设计电池结构,制作没有缺陷的极片。
至于锂离子动力电池的安全对策,就是减少电池发热量,采用高耐热性全陶瓷隔膜,降低电解液的可燃性,当然电解液用固体最好。
可以看到,各种储能电池、动力电池技术迅速发展,电池新原理、新技术、新材料层出不穷,锂离子电池、高能锂离子电池、锂聚合物电池、固态锂离子电池、钠离子电池、水系锂离子电池、水系锌离子电池、水系钠离子电池、锂硫电池、硫—锂离子电池、钠硫电池等等,所有这些东西都是化学的。化学反应有两个毛病:化学反应需要时间,所以充放电需要时间;化学反应有不安全性问题。
因为电池是有化学反应的,就全生命周期而言,处理不当就有危险。最关键是要控制,不让它进入危险境地和污染环境,所以靠什么?管理加创新,一方面要创新技术,一方面要监管好。
而超级电容是物理反应的,不是化学反应,所以是安全的。虽然超级电容没有化学问题,是物理的,充电快、放电快,可惜能量密度低。但如果研发量子物理电池,可以提高能量密度。
中国工程院院士黄其励:
国家电网应担当充电设施安全主体
仔细分析一下可以发现,充电设备有四个危险源。
第一个危险源是充电设备本身。由于漏电以及接地故障或者老化等原因,可能造成充电设备存在安全风险。可以通过充电设备硬件电路的设计和软件监测对是否超限、超充等进行判断和防护。因此,充电设备本身可以在外绝缘防护、漏电保护、充电过程绝缘监测以及接地持续性的监测方面做工作,防止人身触电。
第二个危险源是充电接口。充电接口“一手牵两家”,这样可能会因为积尘、触头磨损等引起燃烧,或者锁止机构不完善导致带电插拔的危险,可以通过电子锁止和增加传感等手段增加安全防护。再就是机械锁的联动,下面串一个电阻,当装置发生变化时电阻的电压就发生了变化,从而可以起到停止充电的作用。另外,用电子锁,当机械锁一旦动作失灵,可以进行第三次保护。通过这些措施防止接口燃烧和带电插拔。
第三个危险源来自于电池系统、车载充电机相连的整车电池。电池因过充、过温等原因导致燃烧等风险,可以通过电池管理优化、车辆控制流程优化等手段提高安全防护,保证电池安全,防止带电启动。
第四个危险源则是运营系统的信息安全。如何防止黑客攻击、解决系统缺陷?可以通过“硬件+软件”的安全防护措施来提高运营系统的安全,防止重要信息泄漏和用户的支付风险。
目前,国外比较重视事后惩罚,他们把监管和事后惩罚统一,建立起了事后惩罚赔偿制度,来保障设备的安全,而国内则比较重视事前的质量监督,我们应该加强事前的准入、事中的管理和事后的惩罚,通过综合手段来确保设备的安全。
就此提几个建议:
第一,进一步明确安全责任主体,责权分开,完善安全责任主体,加大执行和监督力度。
首先,政府应建立安全责任体系,制定安全管理的政策法规,建立行政监管体系,强化引导、监督,加强事前准入、事中管理和事后的惩罚力度,建立行业诚信档案,促进行业自律。其次,进一步明确车企是整车安全的责任主体,建立覆盖车辆行驶、充电、车辆停放全范围的安全管理体系。
其次,进一步明确充电运营商是充电设施安全的责任主体。国家电网公司是充电运营商的一个组成部分,应该把这个充电设施的安全主体担当起来,确保充电设备作为整个运行安全的最后一道防线。
第二,建立安全的技术标准。
首先,国家已有了许多技术标准,但很多并不完善,需要提高并完善标准体系。主管部门应该组织一些单位在整车动力电池、充电设备、信息的安全方面制定标准,达到标准才能够准入。
其次,加强运行监控,包括质量监督。现在的情况是,送去检测的设备样品是好的,一旦商品化后质量就变差了,所以要加强全过程的质量监督。车企和充电设施的运营单位应该加强数据监督和数据交换,利用大数据、云计算、物联网、移动互联网等新技术,提高风险检测和预判能力,确保在任何情况下都能做到对人的保护。
第三,树立全社会电动汽车的安全理念,加强科普教育,培养安全行为。
中国工程院院士陈立泉:
建议大力支持固态电池产业化
针对动力电池的安全性问题,可以通过化学的或者电化学的办法来改善电池的安全性,也可以通过电芯的设计和电子学来改善安全性,但有一个重要方法就是,发展固态电池。
固态电池也有正极材料、负极材料,只不过正极材料可以用现有的正极材料,也可以用不含锂的正极材料,负极材料可以用现在大家用的石墨,也可以不用,用金属锂做负极材料。金属锂的容量是石墨容量的10倍,所以固态电池的能量密度比较高,而中间的电解质不是液态是固态,就不会产生燃烧或者爆炸的问题。
另外,通过热箱实验、挤压实验和过充实验可以发现,固态锂电池是目前安全性最好的方案,因为一旦局部发生短路,只是聚合物熔化,熔化以后成为了绝缘体,但它可以自己恢复,即使发生热失控,电池温度升高到180度,锂被熔化以后,只要在电芯里留一个空间,熔化的金属锂就可以到预留的地方去,不会着火。
大家可能会问,如果把电池扔到水里会怎么样?实际上,扔进水里也不会出现问题。最近中科院生物能源所在国家深海基地管理中心做了两次实验,一次是8000米的模拟实验,一次是11000米的深海模拟实验,这两次深海实验都已经通过,没有问题。
中科院宁波材料所也做了有关聚合物的研究工作,他们用石墨做负极、钴酸锂做正极,用硫化物复合电解质,一块4Ah的电池,能量密度是240瓦时/公斤,常温循环500次后容量还有88%多。通过一系列针刺、过充、短路、强制放电、高温循环等实验后,结论是如果固态电池中不含可燃的液体电解质,能够极大改善电池的安全性。
因此,建议大力支持固态电池的研究、开发和产业化。这是我国锂电池行业惟一的机遇,希望能在5年之内能够实现产业化,但国家现在的支持力度还有限。
北汽集团董事长徐和谊:
从战略高度提升安全打赢升级战
今年以来,随着新能源汽车销量的猛增,安全问题也逐步凸显,不但给事故车主造成了严重的生命、财产损失,也加大了消费者对新能源汽车安全性的怀疑与担忧,极其不利于新能源汽车的推广。
事实上,安全问题已成为新能源汽车产业发展到现阶段所面临的一个突出问题,引起了全行业和全社会的关注,必须把新能源汽车的安全问题当作关系到企业生死存亡的关键问题来抓,从战略高度提升新能源车的安全性。
而今天我们面临的新能源安全问题,一部分是技术问题,如单体电池安全风险,电池系统的整体设计尚不够完善等。但更多的是行业规范问题,由于新能源汽车市场发展太快,行业法规建设相对滞后,安全法规不够健全,相关标准缺失,再加上消费者安全意识不足,充电桩等领域的从业者专业性缺乏等等,共同导致了一些安全问题的出现。作为一个新兴行业,新能源汽车产业还远没有形成从法律法规到行业标准再到生产与消费的体系性安全保障方案等一整套管理制度,这是新能源车事故频发的原因,也是新能源车发展到当前阶段,我们必须要着手解决的问题。
同时,安全问题是消费者关注的痛点,广大消费者除了里程焦虑,还普遍存在着安全焦虑,我们必须将安全问题作为头等大事来抓,否则就会被消费者所抛弃。而安全问题也是新能源汽车发展的动力源。破除了安全问题,新能源就获得了成熟的技术路线,走向了行业规范。
北汽集团作为国内新能源汽车产业化的先行者,从一开始就把新能源汽车的安全问题当作关系到企业生死存亡的关键问题来抓,从战略高度提升安全性。一是在产品开发上加强安全功能设计,从源头上提升安全性。二是在生产制造上狠抓产品测试验证,以高质量产品确保安全。三是加强售后服务与培训,通过监控平台对客户车辆运行状态进行24小时状态监控,及时发现车辆存在的故障隐患并第一时间给予排查、维修,并对服务完成情况进行跟踪监控,形成服务闭环。
作为一个新兴产业,新能源汽车尚处于一个技术与市场都有待发育与成长的初期阶段,而新能源车的安全问题,绝非某一家企业能够单独解决,它需要我们整个行业的协同并进。有鉴于此,从业者一方面必须要保持发展新能源行业的战略定力,不能因噎废食,要坚定不移地将新能源事业推进下去;另一方面也要不忘初心,牢记新能源事业的战略使命,牢记以用户为中心的根本理念,不断建立安全标准、规范行业行为、推动技术进步、优化消费者使用习惯,实现新能源汽车行业的可持续发展。
广汽集团副总经理吴松:
要构建提升新能源汽车安全的外部环境
新能源现在发展的条件比当时发展自主品牌时要好得多,但要注意不能一哄而上。强调新能源汽车的安全,既说到了企业的心坎上,更说到了顾客的心坎上。因为汽车行业不同于别的行业,汽车直接跟生命相关,安全必须是第一位的,要构建打造新能源汽车安全提升的外部环境。
第一,中国的新能源车要成为世界主流,必须加快建立中国电动汽车的安全法规体系,制造世界级安全水平的电动汽车,抢占发展的制高点,才有机会成为世界一流,现在已具备这个条件,也有经济能力支撑。
第二,聚焦资源,加大在电池、电驱、电控等核心方面的投入,要取得技术方面的领先优势。
第三,要以市场为导向,以安全优质的产品服务赢得顾客的满意。不要因为新能源汽车出一点问题就不去推广甚至不好好推广。同时,不能因为出现骗补行为就不给予补贴,补贴的方法和方式可以有所调整。
第四,电动车推广最忌讳地方保护。地方保护会造成畸形发展,毕竟中国汽车技术还不是特别强大,要出几款像样的好的产品不容易,新能源车要发展好,必须彻底根除地方保护。
新能源的安全至关重要,要把安全上升到企业的使命和责任感的高度,不能拿顾客做实验,宁可早期成本高一点,在安全上也要高度重视。同时,要回归汽车的本质,全面构建电动汽车的安全体系。
郑州宇通客车股份有限公司董事长汤玉祥:
安全是电动客车技术创新重要方向
近年来,国家出台了多项重大政策,有效推动了电动客车行业的研发和产业化。如今,我国电动客车自主化技术水平取得了长足发展:节油率、续驶里程等性能不断提升,动力电池能量密度、驱动电机效率等关键技术迅速进步。
同时也应认识到,国内电动客车研发试验能力有待提升,整车可靠性、电磁兼容性与国外先进水平还存在明显差距;动力电池一致性控制能力、能量密度等方面还需进一步提升;燃料电池产业链不完整,寿命、低温环境适应性、成本等方面与国外差距较大;轻量化技术水平相对落后。这些都是电动客车下一步技术创新和产业升级的重要方向。
同时,安全是整个电动汽车产业持续健康发展的前提和保障。电动汽车由于安装了电池、电机、高压线束等高压部件,给整车安全性带来了新的问题,而电动客车安装电池容量大、整车承载人数多,给整车安全设计提出了更高的要求。因此,电动客车必须从防水、防火、防触电、乘客逃生、事故处理等方面综合考虑,从研发制造、运输存储、维修保养、报废回收等全生命周期各个阶段着手,在电池安全、控制安全、高压安全、电磁兼容等方面进行技术攻关,全面提升安全技术水平,并对车辆、零部件运行实时监控,起到预警作用,保障大规模安全运营。
宁德时代新能源科技有限公司总裁黄世霖:
保障安全是行业发展的根本
保障安全是行业发展的根本,而动力电池的安全是电动汽车安全里最为重要的关键因素之一。
从整体上来说,动力电池在设计上就要保证产品是安全的,这就需要一个安全设计的整体体系。另外,在设计过程中,所有的设计都要围绕安全来做。例如,一个电池包里面有很多电芯和模组,出现问题时一般都是单个电芯出现故障,在设计过程中就要保证这种故障不会扩散或者扩散非常慢。还有就是,要注重产品应用的安全。现在我们在做一个远程监控系统,通过实时采集电池系统的数据,可以及时地发现问题和预知一部分问题。
动力电池的安全问题大都是在充电中产生的,其中有电池系统本身的问题,有使用者的问题。因此,除了要把设计工作做好外,我们更应该确保电动汽车运营时的安全。现在的充电设施仅仅提供了一个充电的服务,这是远远不够的,应该把充电的过程变成一个对包括动力电池检测在内的系统检测过程,也就是说,电动汽车每充一次电就意味着进行了一次比较完整的检测。
充电桩增加动力电池测试等一些功能,不会增加多少成本,而且整个过程比较容易实现,所以我们下一步的工作是推动充电设备功能的提升,让充电设备变成动力电池的检测和维护设备,这样就可以大大提升整个动力电池运行的安全性。
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