院士診脈電動車

陳秀娟

怎樣的電動汽車節能減排？怎樣的動力電池更安全？近幾年我國新能源汽車產業發展迅猛，市場保有量超過全球的50%，產品技術水平、產業體系水平、企業競爭力、基礎設施水平，市場推廣水平均取得重大進步。值得一提的是，今年上半年，我國新能源狹義乘用車銷量57.6萬輛，同比增長65.8%。與此同時，近期被曝出的電動車頻頻自燃事件又給行業敲響了警鐘。

在當下的市場環境之下，究竟應該發展怎樣的電動汽車呢？怎樣的動力電池值得研究與推廣的？作為電動車的制造方，車企應該從哪些方面改進？

電動車并非都節能減排

中國工程院院士楊裕生在2019南京創新周新能源汽車產業地標峰會上指出，節能減排要從電動汽車全生命周期來衡量，而不能只看電動汽車在行駛這一環節。其中，最主要的是要把能源的使用考慮進去。

在楊裕生看來，長里程純電動車并不節能減排;插電式混合動力車假節能減排;燃料電池電動車難節能減排;增程式電動車很節能減排。

為什么說長里程純電動車不節能減排？楊裕生特別指出，現在電網電能主要來自燃煤，節油而耗電高的長里程純電動車是不節能的。比如特斯拉純電動車不用油，但是在新加坡受到罰款，因其追求長里程而多裝電池，這導致車重、耗電多，而發電的時候又會大量排放二氧化碳等有害物。

即使未來電網的電能主要來自太陽能等清潔能源，長里程純電動車也未必可取。原因有六點：第一，比能量要高，則采取多裝電池，這導致燃燒爆炸的危險性增大;第二，由于多裝電池，后期廢電池處置耗電就多;第三，多裝電池導致負重行車，浪費能量;第四，電池裝得越多，車的價格就越高，競爭力低;第五，電池壽命短于整車，換新電池需用戶另出錢，使用成本變高;第六，充電樁要密，費錢又占地，且難符合要求。總之，長里程純電動車背離了發展電動車的節能減排宗旨，且用戶需多花錢，補貼取消后競爭力差。

為什么插電式混合動力車假節能減排？楊裕生指出，插電式混合動力車有純電動和內燃機兩個動力系統。所以，就會出現四方面問題。第一，車子很重，耗能高;第二，50公里之內用電需要充電，遠距離則用內燃機，現在內燃機都是大馬拉小車，不節能減排;第三，標榜油耗很低，實際上計算耗油的方法有假象。如純電動行駛80公里，20公里用油，官方計算百公里油耗時就將20公里的用油量除以100公里行駛里程數，于是，官方就宣傳成插電式混合動力車的百公里耗油很低，實際上這是假象;第四，不少用戶使用這種車型時并不充電，他們會把插電式混合電動車當燃油車使用，排放有增無減，甚至還有人把電池賣掉，這樣不僅可以得到新能源車補貼還可以得到賣掉電池的錢。

為什么燃料電池電動車難節能減排？楊裕生解釋說：“現在燃料電池用氫做能源，氫需要用一次能源來轉化，要解決很多問題。”第一個問題是要解決高能效低排放制氫技術。最常見的方法是用電來電解水制氫，再通過燃料電池發電。在此轉換過程中，轉換效率是電池蓄電的三分之一;第二個問題是氫的安全運輸、分布、儲存需要很大的投資，耗能也很多;第三個問題是燃料電池的壽命不夠長且它的價格高，制作耗能也多;第四個問題是燃料電池用的質子交換膜、氣泵等的生產技術差，國產化還沒有做好;第五個問題是鉑金的資源太少，現在每年國產約4噸鉑金，進口鉑金50噸左右，這些鉑金大部分用于化工行業做催化劑，也有一部分做首飾及其他用途。如果要大量做燃料電池，這些鉑金遠遠不夠。而研究沒有鉑金的催化劑，是一個世界性難題。

為什么增程式電動車很節能減排？楊裕生的理由是：第一，發動機排量小;第二，發動機選擇能效最高處;第三，電池少，可降低成本，補貼退坡取消影響小，易推銷;第四，車重減輕更加節能。綜合其他優點：電池組不會過充過放，壽命延長，安全性高;增程行駛比燃油車節油50%以上，大為省錢;可以不用充電，免建充電樁，且能行遠距離;如有充電條件，城市百公里內節油率大于80%;燃油車生產及加油設施健全，便于發展。總之，增程式電動車沒有里程、安全、充電、價格、電池五大焦慮。

目前的第二代增程式電動車是燃油車與電動車的融合，改變了第一代增程式電動車的單純延長續航里程的局限性，比較節能減排。此技術已用于多種車輛。例如，華龍的12米電動車，市區公交模型百公里油耗12升，公路模式百公里油耗16.3升。山東德州富路集團生產的增程式低速車，用單缸0.2升排量的發動機發電，配鉛酸電池，百公里油耗僅1.8升。

因此，在楊裕生看來，由發動機和電池配合的電動車，節能減排效果最佳。楊裕生特別指出，增程式電動車不是向純電動汽車過渡，而是未來的主力技術路線。

安全性是電動車的根本

在市場主導下，怎樣的電動車能夠賣得好？

楊裕生指出，對于電動車來說，需要從七個方面來衡量它的性能：節能減排、安全性高、使用方便、價格低廉、能源費少、維修方便、使用期長。在這七個指標里，最重要的是安全性。“只有安全性高的汽車，才會受到用戶的青睞，像特斯拉這樣的電動車會讓人擔憂。特斯拉純電動車在2017年以前燒了十幾輛，2018年燒了11輛，今年又有3輛車無故自燃。” 楊裕生強調說。

據不完全統計，我國2017年電動車自燃103輛，2018年自燃51輛。90%以上的自燃車輛是安裝了三元鋰離子電池的純電動車。

高鎳三元鋰離子電池為何頻頻自燃？根源可能是多方面的，楊裕生認為，造成那么劇烈的燃燒，主要的問題是電池里面的三元正極材料。

美國桑地亞國家實驗室提出，含鎳80%的鎳鈷鋁三元材料電池的熱失控的溫度是200攝氏度，鎳鈷錳各占三分之一的三元材料電池的熱失控溫度要高一些，大概在230攝氏度，而磷酸鐵鋰電池溫度升高后則沒有發生劇烈的熱失控。用三元正極的電池安全性最低，高鎳三元電池更危險。特斯拉用的就是含鎳80%的鎳鈷鋁三元電池。

所以，補貼停止后，安全性將是電動汽車買主最看重的因素之一。

動力電池該怎么發展？

由于高鎳三元鋰離子電池頻頻自燃，顯然，這種動力電池并不可取，那么，在當下，動力電池產業究竟該怎么發展？

對于動力電池的發展走向，楊裕生呼吁：要大力發展磷酸鐵鋰電池，類似高鎳三元鋰電池這樣的高能電池不應該作為重點。

楊裕生指出，首先，將磷酸鐵鋰電池作為主力，再提高性價比。磷酸鐵鋰電池的優勢是安全性高、壽命長、不用短缺金屬。我國已掌握微納結構技術，碳包覆技術，彌補了電導率不高。目前，磷酸鐵鋰電池已成功用于微小型純電動車和第二代增程式電動車上。“南昌有個恒動公司，單體電池已達到180Wh/公斤，電池包達到151Wh/公斤。我們要向先進指標來看齊，這個指標還可以提高。”楊裕生舉例說。

“我們目前提出的一種高安全型、可快充的電容型磷酸鐵鋰電池，現在在研發上已經有進展。這種電池的關鍵在材料，這種電池的比能量比鈦酸鋰電池要高一倍，成本只是它的三分之一到四分之一。”楊裕生認為，如果能進一步提高電池一致性和壽命、降低成本，磷酸鐵鋰電池將在公平競爭的市場中大顯身手，為節能減排做出大貢獻。

其次，楊裕生認為，電動汽車發展需要用新的電池。其一，將傳統燃油車改成輕混，要求電池用快充電來回收剎車能量，可以節油15%。如比較常見的48V電池組，其電池容量小于0.4度電。其二，第三代增程式電動汽車電池用量少，大概一度多點的電容量，要回收剎車能量電池應有約5-8C倍率充電能力。其三，充電樁增多后，電動車電池可以少裝、快充，大概需要10C左右，只需6分鐘就可把電池充滿。

目前的電池能夠快放，但是難以快充，原因是目前的電池用石墨做負極，鋰離子嵌入石墨的速度慢，快充容易在石墨表面生成枝晶，穿透隔膜引起短路。所以，要發展高安全性、廉價的快充電池，負極需以硬炭代石墨，不易長枝晶。為了提高負極比容量，可以在硬炭中復合納米硅。同時，在正極磷酸鐵鋰中混入多孔炭，這樣雙電層電容與電池的內并，簡化了并聯的線路，同時也降低成本、延長壽命、提高功率。

在楊裕生看來，發展電動汽車，車企經營應改向，必須要把安全放第一位，而不是考慮里程第一。“電動汽車要發展必須市場化，必須減少電池用量、提高安全性、節能減排、降低車價，而不是追求長里程的純電動用多裝電池來浪費能源、增加排放、加大廢電池處置量，更不該極速提高電池比能量、增加危險性。” 楊裕生說。

至于如何提高電動車的安全性且節能減排，楊裕生認為有四種做法：第一，車企應將積分與節能減排掛鉤，而不與純電動里程掛鉤;第二，發展新的磷酸鐵鋰電池，提高壽命和充電倍率;第三，可以將純電動乘用車微小型化，不追求超長里程;第四，發展增程式技術，將此技術用于各種電動車型。