電動客車動力電池安全與成本孰為第一

    鋰電世界  新能源汽車成為國家戰略，新能源客車首當其沖，運營容量大，專業化管理，都使得新能源汽車在新能源客車上突破成為可能，新能源客車將是破解決新能源汽車發展迷局的最重要的窗口。克服困難的過程，即是行業發展的過程;面臨挑戰的過程即是突破的過程。中國新能源汽車前瞻前沿技術工作者，遇強則強，解決問題。電池、電機、電控被認為是新能源客車發展的三大核心技術，其中，最大的瓶頸在電池。多年新能源客車的實踐應用，積累的豐富的應用經驗，也積累了豐富的前沿研發成果。2015年5月20日，北京市政協會議中心會議室，會議以自由討論的方式進行，允許插話，允許討論，允許反駁，一場頂級專家自由座談會(陳立泉院士，吳峰、歐陽明高、來小康、邱新平、夏定國、肖成偉、王兆翔)，談出了前沿專家們的所思所想。

    電池安全管理是電池系統管理的重中之重。以TESLA為例，TESLA在電動汽車電池成組系統管理方面有一定的經驗可循，盡管TESLA采用的電池是松下瀕臨倒閉電池單體，TESLA在電池成組與系統方面申請了大量專利，公開專利分析顯示，TESLA的電池系統由單體電池，冷卻管道，滅火劑管道，傳感通信，電線管道，隔熱層等組成，16個模塊組成電池系統，底部防彈鋼板，上面加隔熱防火層。熱失控是動力電池最常見電池故障，熱失控通常是由單體電池引起的。首先熱失控首先是通過冷卻管道預防的，這是電動汽車正常行駛的必要條件。

    熱失控的第一階段是由單體電池熱引起的，失控產生煙火，第一時間通過光纖傳輸到駕駛區，第一時間通過滅火劑管道自動噴出滅火劑，消除。熱失控的第二階段是由第一階段熱失控擴展造成的，第一階段滅火效果不好，可能激發整個電池組單元的滅火劑噴發，發揮放大強度的滅火降溫能力。如果第二階段仍然無法壓制熱失控問題，上下隔熱層與安全鋼板的防護下，讓煙火從旁路噴出，普通外界才會看到明煙明火。這種多級熱失控防護專利設計從分層次進行安全管理，確保將安全隱患消滅到萌芽階段，讓乘客有足夠的時間來應對和撤離。

    大客車乘載人數多，人員撤離慢，電池系統防護設計上更需要考慮傳感器先知，有序撤離，以及充分的撤離時間。TESLA層層專利，是電池的成組技術與系統技術，是值得大客車電池成組與系統借鑒。當然電池組隱患還可能來自內短路與外短路，內短路需要通過儀器進行一致性辨識，提前發現;外短路要精細化電池外聯接與外包裝。

    成本第一，還是安全第一?兩者都很重要。專家代表說，車載動力電池對商用客車來說，客車是大眾公共交通工具，人員裝載容量大，一旦出現問題，逃生撤離需要的時間長;因此，動力電池系統管理應該首要考慮安全要素，一方面，電池所用材料質量要求高，另一方面，電池成組技術要求高。

    安全是底線，可接受的成本才是起跑線。只有在成本符合公交企業經濟規則，才可能被接受。因此，在現階段，電動汽車的電池補貼政策是必須的和必要的。電池成本高，電池容量有限，充電時間長，是當前動力電池的固有問題，在政府大規模倡導下得到一定的緩解，全國各地紛紛制訂純電動客車推廣使用的具體措施。電動汽車發展伴隨著基礎產業的持續進步，座談會中部分專家，直接影響著國家對新能源汽車發展政策扶持的力度。

    專家表示，要充分了解公共交通運輸的購置成本、使用成本等客觀狀況，制訂出貼合企業需求，國家戰略的扶持鼓勵政策來。國家制定了2015-2020年的純電動客車運營補貼計劃，就是補貼電動客車采購過程中電池價格過高的問題，這是以政府力量支持產業發展的鮮明案例。專家表示，有理由相信，未來幾年電池將取得突破性進步，隨著能量密度提升與單位存儲成本的降低，將逐步擺脫補貼困局。

    材料學的專家表示，動力電池技術，其實主要是電化學與材料科學，動力電池的開發的難度在于綜合性能的提升比比能量提升更難。專家認為，1、按功率設計的磷酸鐵鋰電池也是可以快充的，2、在現階段，磷酸鐵鋰的量產成熟度要比三元材料、多元復合材料更高的;3、從材料層面講，磷酸鐵鋰比三元材料、多元復合材料具有更高的安全性，但三元材料、多元復合材料在能量密度方面比磷酸鐵鋰有優勢;4、使用相同體系材料的電芯在安全性和其它性能方面是有優劣勢之分的，這種差距有時還會很大。電芯研發和制造在化學體系選擇、電芯材料研發、電芯設計、測試驗證、生產工藝、生產環境等方面，都有極為嚴格的要求;要做好電池，對電池廠設計制造的整體實力要求很高，投資很大、技術積累時間長;6、按照用途不同，電池設計有功率型和能量型之分，只有在同類型的電池之間比較功率或能量密度才是有意義的。

    動力電池最普遍的是鋰離子電池，鋰離子電池與鉛酸、鎳氫等電池相比，具有電池電壓高、比容量高、循環壽命長、自放電率低、無記憶效應等優點。鋰離子電池構成包含正極材料、負極材料、電解液、隔離膜和電池外殼(含電極)等幾部分，充放電通過鋰離子在正負極之間嵌入和脫出實現。主流的鋰離子電池主要按照正極材料來分類，有鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元(鎳鈷錳混合)、磷酸錳鐵鋰而電池。其正極材料一般是錳酸鋰(東芝)或三元(CATL)。

    純電動客車在動力電池選擇方面都考慮些什么?事關公共交通安全，在新能源客車電池選擇方面應有著苛刻的要求，如對電池供貨前進行嚴格的充放電性能測試、熱衰退測試、破壞性測試等，以盡可能保證電池使用過程中安全無憂。從客車行業運營實踐及大量客戶案例來看，動力電池選擇磷酸鐵鋰體系反復考量了以下要素，第一、動力電池安全特性，選用磷酸鐵鋰安全性能良好，未發生過起火、冒煙等安全問題。其二，從使用壽命角度，可達到與車輛運營生命周期相當的長壽命;其三，在能量密度方面，開發標準化、模塊化、集成化的電池系統，在保證安全的前提下，可降低系統重量，提高電池系統的能量密度;第四，在充電速度方面，可兼顧速度、效率和安全;其五，環境適應性，系統溫度適應性寬，可適應高寒高熱地區，防護等級高(IP67)，可在高海拔地區正常運行。