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       電動汽車緣何燃燒事故頻發？

 

      1.使用三元鋰電池是頻繁燒車的技術原因

 

       特斯拉使用的是三元鋰離子電池，去年以前已有十余輛車發生起火燃燒事故，今年5月又有4輛車先后燃燒，造成3死1傷。今年1～6月，國外新能源汽車發生自燃起火事故6起，這些車輛用的三元鋰離子電池均出自“名門”，制作工藝應該不是主要問題。事故起因主要是嚴重碰撞后起火和無故自燃，這就不得不從三元鋰離子電池內在的不安全性上找原因。

 

       電池組和汽油箱一樣，是一種含高能物質的部件，是電動汽車安全性的物質基礎。鋰離子電池中的電解液用易燃的溶劑配制而成，正極氧化劑和負極還原劑只隔一層微米級厚的隔膜，內短路則生熱。現在企業為追求高比能量，所用的隔膜更薄，更易發生內短路。充放電時，電池內阻生熱，高倍率時生熱更多，在達到一定溫度時，正極上的氧化劑易與電解液發生化學反應，尤其是三元材料還會分解出初生態氧，這是一種比氧氣活潑得多的狀態，極易與還原性物質起化學反應。大量的化學反應熱造成熱失控，會產生大量氣體，導致氣壓升高，繼而發生電池破裂、燃燒、爆炸等事故。

 

       所以，正極上的氧化劑不同，發生熱失控的溫度也不同。正極材料熱失控溫度越低，電池的安全性越差。三元正極電池安全性低于磷酸鐵鋰電池及其他電池。

 

       由于三元鋰離子電池內部具備“燃燒三要素”，在隔絕空氣的條件下也能自燃，所以三元鋰離子電池火勢很難撲滅，蔓延迅速，駕乘人員很難逃生獲得救援。目前，我國的三元鋰離子電池針刺試驗還不能完全過關，卻允許在乘用車甚至在商用車上使用。據不完全統計，我國今年1～9月電動汽車燒車事件達21起。

 

      2.重點發展純電動汽車是頻繁燒車的發展路線原因

 

       這些年，科技部主導的電動汽車“三縱”發展路線變了又變，由純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池電動汽車，到純電動汽車、插電式電動車、燃料電池電動汽車，再到純電動汽車、增程式電動車、燃料電池電動汽車。其中，混合動力汽車約經過兩年改為插電式；維持約5年后，今年又改為增程式；始終不變的是純電動汽車和燃料電池電動汽車。

 

       目前，燃料電池汽車有許多難題要解決，離市場化還很遠。純電動汽車是重點，但高補貼下的長里程純電動汽車需解決五大焦慮。一是里程焦慮：即使多帶電池也有斷電擔憂；車身重，不節電；空調用電嚴重縮短里程。二是安全焦慮：電池多且比能量高，危險性大，易發生燃燒爆炸事故。三是充電焦慮：充電樁要密集，費錢、費地仍難滿足要求。四是價格焦慮：電池用量大、價格高、競爭力低。五是電池焦慮：電池壽命短于整車，第二、三套電池要用戶另外出錢。

 

       補貼停止后，里程越長、原補貼越高的車就越難賣出去。目前只宜做耗電少、安全與里程矛盾小的微小型電動車。

 

       純電動汽車追求長里程，導致過度多裝電池，安全性下降，這一技術發展路線是頻發燒車的原因。

 

      3.重金補貼長里程純電動車是頻發燒車的政策原因

 

       由于電動汽車里程指標以及補貼與純電動里程掛鉤，因而逼出全國性的“人造三元風”；補貼與電池比能量掛鉤，導致三元電池鎳的用量不斷增多，鎳鈷錳三者的比例從333、523、622正逐步走向811，而能量密度越高危險性越大。

 

       不合理的補貼政策是頻發燒車的原因。

 

      4.里程作為矛盾的主要方面是頻發燒車的思想方法原因

 

       電動汽車的主要矛盾是安全與里程的對立。里程被認為是矛盾的主要方面，安全性被認作矛盾的次要方面，這是思想方法的錯誤，是造成發展路線、政策、技術發生問題的根源。

 

       綜上所述，我國新能源汽車的發展路線和政策，誤導大用、急用三元鋰離子電池，激化了安全與里程的矛盾，其后果便是電動汽車燒車事件頻發。而且，車身重、耗電多、實際排放高，背離了電動汽車節能減排的初衷。

 

       用增程技術可解決安全與里程矛盾

 

       近十年來，筆者的主張可歸結為兩句話。原則：用好安全成熟的電池，發展節能減排的電動汽車；技術路線：以微小型純電動車為突破口，大中型車發展純電驅動的增程式。微小型純電動車可用鉛酸電池做低速車，也可用鋰離子電池做高速車，由市場決定；增程式電動車可解決純電動汽車的五大焦慮，市場化最可行。

 

       令人欣慰的是，筆者的主張逐漸被接受。科技部今年1月將增程式列入“新三縱”；國家發改委在7月發布的《汽車產業投資管理規定（征求意見稿）》中將增程式列入純電動汽車類。一旦新能源汽車補貼停止，產業進入市場化階段后，預計微小型純電動車和增程式電動車將得到快速發展。

 

       筆者將增程式車技術的發展劃分為三代。

 

       第一代增程式電動汽車是在純電動汽車上加裝增程器，單純是為了增加行駛里程，電用完了由增程器發電。以寶馬i3為例，如加裝增程器則加價15％，0.7L排量發動機，增程模式的車輛百公里油耗為5.35L。該小型車電池重，增程器功率高、耗能多，增程器發電與電池簡單串聯，所以油耗較高。

 

       第二代增程式電動汽車在技術上優化了電力系統，發動機減小、發動機能效優化、電池少且成本下降，車重減輕更節能。其優點在于電池組不會過充和過放，壽命延長，安全性較高；磷酸鐵鋰電池比能量合適，安全性進一步提高；電池少，受補貼退坡和取消的影響小；增程行駛時比燃油車節油50％以上，大為省錢；可以不外接充電，免建充電樁，且能遠距離行駛；如有充電條件，城市百公里內節油率達80％以上；可沿用燃油車的生產及加油設施，便于發展；無里程、安全、充電、價格、電池五大焦慮。

 

       第二代增程式是燃油車與電動車的融合，它改變了第一代單純延長續駛里程的局限性，實現了節能減排。此技術已用于多款車輛，比如華龍新能源汽車有限公司的12米增程式客車，采用磷酸鐵鋰電池，市區公交模式百公里油耗12L，公路模式百公里油耗16.3L；加拿大Plan B公司的增程式卡車能降低70％污染物排放，百公里油耗17L；日產汽車NOTE的e-POWER動力系統屬于串聯式混合動力，采用三缸1.3L排量發動機，電池1.5kWh，百公里油耗僅2.9L；山東德州富路集團的增程式低速車，采用鉛酸電池，單缸0.2L發動機，油電效率299g/（kW·h），百公里油耗僅1.8L。

 

       不過，第二代增程式電動車由于增程器發電充給電池，電池給電動機供電，電流全部流過電池組，所以也有不足之處。一是電池充電-放電過程中能量至少有10％損耗；二是電池用量雖比純電動汽車少，但因功率要滿足最高車速要求，電池用量仍需純電動汽車的約40％，車價明顯高于燃油車；三是電池較多，車身較重，有減重節能潛力；四是電池始終高負荷工作，壽命受到影響。

 

       目前，我國江蘇公爵新能源汽車公司提出“發動機發電直接驅動電動車”，簡稱“發電直驅電動車”，可稱為第三代增程式技術。車上發電機發的電不必經過電池而直接驅動電動機，克服了第二代增程式的缺點，且具備第二代的所有優點，并可減少電池充電-放電10％能量損耗。其優點是：電池進一步減少，車重減輕，降低電耗；電池的大電流工作機會少，壽命延長；電池用量少，成本進一步降低；再算上高節油率，車輛全生命周期總費用遠低于同級別燃油車。而且，該技術適用于各種車輛，有助于節能減排。

 

       或許有人會說，增程式還是要燒油，不是最終目標。對此，筆者想指出兩點，其一，如果我國汽車油耗降到現在的一半以下，每年將節省原油2億噸，這將有效地改善環境，提高能源安全，也可讓我國由汽車大國向汽車強國邁進一大步。其二，純電動車未必是最終目標，其裝電池多、車身重、耗電多，特斯拉在新加坡受罰便說明其弊端。對于新能源汽車來說，應考核其全生命周期的節能減排。

 

       而且，未來的增程式電動車可不燒油，改燒乙醇，既節能又不增加CO2排放。因此，筆者認為，增程式不是“向純電動汽車的過渡”，而是未來車輛的主力。

 

       總而言之，電動汽車的主要矛盾是安全與純電動里程間的矛盾。電動汽車應該減少電池用量、提高安全性、降低車價，而不是片面追求長里程、多裝電池，或拼命提高比能量、增加危險性。解決的辦法一是產品微小型化，二是發展增程式電動車（或微小型化＋增程式），這是應對補貼退坡、走向市場化的最佳技術路線。值得一提的是，增程式電動車與磷酸鐵鋰電池是絕佳配對，解決了安全與里程的主要矛盾，最適合市場化。（作者系中國工程院院士）