國家863電動車重大專項動力電池測試中心主任王子冬：電動車電池組安全性技術(shù)研究

引言：面對電動車發(fā)展的不平衡問題，企業(yè)應(yīng)該怎么調(diào)整自己的發(fā)展思路？

【王子冬：國家863電動車重大專項動力電池測試中心主任】我是2000年開始做動力電池測試的，我今天不跟大家講測試的事情，主要講安全問題。我知道作為企業(yè)非常不容易，但是未來的路怎么走？希望大家的思考。小標題是“面對電動車發(fā)展的不平衡問題，企業(yè)應(yīng)該怎么調(diào)整自己的發(fā)展思路？”，我主要有三個內(nèi)容跟大家分享。

這是剛剛出來的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，大家看，這是從去年7月份到今年7月份的數(shù)據(jù)，里面有插電和混合動力的。這里有詳細的分類比較的數(shù)據(jù)，希望企業(yè)可以精準定位。

今年的動力電池裝機情況不是太理想。我剛才在下面還問了桑頓公司的婁總他們的情況，目前看所有的企業(yè)都沒達到預(yù)期，包括寧德時代CATL也沒有達到，開工率不足。就目前來講，開工率達到30%左右就已經(jīng)很不錯了，大部分企業(yè)在15%左右，這是非常嚴重的問題。紅線是今年動力電池裝機的變化情況，國家的補貼政策以前都是后三個月才能做出主要的調(diào)整，今年前面了，制定了一個6月11號之前的過渡補貼政策，6月11號以后按照新標準執(zhí)行。后面爬坡還是會比較大的。

這是各種材料、各種電池的占比，有2016年、2017年、2018年的，2018年從1月至5月、6月、7月是不一樣的，三元材料明顯占上風。為什么占這么多？是因為乘用車的數(shù)量增加了。大客車用的主要是磷酸鐵鋰電池，乘用車為了追求行駛里程，要求用三元的。

前面統(tǒng)計的數(shù)字是和后面這張圖的數(shù)字是對應(yīng)的，大客車的增量明顯降低，降低50%左右。但是乘用車增加帶來的三元材料電池的銷量增加，這個情況未必會長久。因為按照補貼要求過度追求能量密度出了很多的事情。在電動車的層面從安全角度來理解動力電池來講，從全生命周期看，一定要考慮長久安全可靠，一定要把它（安全可靠）放在更高的層面來考慮。

未來的動力電池結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢如這張圖，這里面有硬殼結(jié)構(gòu)的電池，也有軟包裝電池，但是軟包裝電池的量正如剛才桑頓婁總給大家看的那個數(shù)據(jù)，是從占有率12%提升到14%，總體占比并不高。大家可以看到這個圖上缺了一種結(jié)構(gòu)的電池，就是圓柱形電池，圓柱形電池未來可能會最先被消滅掉，將來軟包裝電池可能會吃掉一部分圓柱形電池的市場份額，圓柱形的電池未來一定會最先退出動力電池市場，特斯拉現(xiàn)在采用的就是這種類型的電池。

我們現(xiàn)在有一種不好的傾向，就是電動汽車過度追求行駛里程，沒有別的辦法，就只能是多帶電量。多帶電量會帶來一系列的問題，如圖所示，電動汽車應(yīng)該有特定的使用場景，而不能過多地裝電池，副作用太大。

我給大家看一個曲線，大家可以清楚地看到多裝電池帶來的副作用，電動汽車與燃油車是完全不同的，燃油車要想走遠只要把油箱做大一點就可以了，對整車重量的影響小于1%。但是對于電動車來講每增加100公里的行駛距離，會增加150kg，如果增加200公里的行駛距離，整車就會增加300kg的重量。增加的重量占整車20%，如果繼續(xù)增加帶電量，最后大部分能量就會都消耗到搬運動力電池系統(tǒng)自身上了，帶的電池越多，在走的過程中所消耗能量就越多。汽油車的燃油在車輛行駛中越用越少，油箱的重量是逐漸往下減的。而電動車不會因為跑的里程長了電池組變輕。有的企業(yè)和我說他們把電動汽車做到充電一次可以走800公里、1000公里，我告訴他們意義不大。

有的朋友經(jīng)常問我，未來動力電池應(yīng)該怎樣發(fā)展？我認為完全依靠動力電池的這種方式要被消滅。為什么人類要在一百年前選擇了汽油、選擇了柴油？實際上選擇汽油和選擇柴油只有一件事，就是能量密度高！我們現(xiàn)在將燃油折算一個當量，這個當量算得是比較保守的，實際上是比這個還高，汽油和柴油能量密度值是非常大，電池組目前可以做到150Wh/kg的能量密度已經(jīng)是非常不錯的了，但是它和燃油的能量密度相比差了幾十倍。

很多國家說要淘汰燃油車，這里有個理解上錯誤的，全世界各個國家說的概念是淘汰“傳統(tǒng)燃油車”，而不是淘汰內(nèi)燃機，日本已經(jīng)有一半的車不是傳統(tǒng)燃油車，歐洲有40%的車已經(jīng)不是傳統(tǒng)燃油車，但是人家沒有走純電動這個技術(shù)路線。這個理念大家一定要注意。在人類的發(fā)展過程中，一直在尋找能量密度更高能源，從木材到煤、油、天然氣，現(xiàn)在變成氫能、核能等，一定是往能量密度越高的能級方向去走。我們?nèi)加蛙囉秒姵貋眚?qū)動是往低能量密度走。

另外，我們一直在說發(fā)展新能源汽車，就目前推出來的新能源汽車用了什么新的能源嗎？這個問題許多院士也提到過。我們發(fā)電還是用煤、燃油和天然氣，哪里有新的能源？

現(xiàn)在首先對新能源汽車的考驗是節(jié)能、減排，但是我們目前的做法是把城市里面的排放轉(zhuǎn)移到了郊外。電動汽車在制造過程中的能量有降低了嗎？做動力電池能耗較高，電動汽車在行駛中的能耗比燃油車高（特斯拉電動車在新加坡因為能耗高被罰款），動力電池在回收的時候還需要消耗大量的能源，能耗高意味著排放高，節(jié)能減排是要從全壽命周期的角度來分析，不是站在電動汽車使用的某一個階段談無排放。

其次是安全問題，對新能源汽車安全問題是最重要的，安全是在第一的，動力電池的壽命是排在第二的。為什么我跟大家說三元材料電池不會是未來的主流，因為在安全問題上和系統(tǒng)的壽命上看它不具備優(yōu)勢，只在能量密度上有點優(yōu)勢。單一優(yōu)點是不會長久的，目前看三元材料電池的成本降不下來也是個問題。

三是現(xiàn)在國家管理部門幾次開會在討論動力電池的回收污染問題，就目前的回收技術(shù)，很難保證動力電池在回收過程中沒有污染，特別是我們在制作鋰電池過程中如果控制不好也會有污染，關(guān)鍵是我們采用什么樣的工藝去處理污染。

這張圖說的是安全性體驗，不是僅指在開車時的安全，我們經(jīng)常聽到電池廠著火，這是很普遍的現(xiàn)象，現(xiàn)在有些地方政府很害怕，因為經(jīng)常有鋰電池生產(chǎn)企業(yè)著火。廢舊電池在回收運輸過程中都會出事，廢舊電池要運走，有些是做完破壞試驗的電池也要拉走，我們經(jīng)常遇到在運輸?shù)倪^程中物流車被燒了，運輸公司就問我是不是要賠他的車？

這是2018年上半年公布的電動汽車事故統(tǒng)計，還有相當一大批出事故的數(shù)量沒有在內(nèi)。這是特斯拉電動車今年出事死了幾個人，目前看現(xiàn)在電動車出事死了人最多的就是特斯拉。這張圖是在北京某小區(qū)電動汽車充電時著火了。這是在挪威的，這是在義烏的，也都是在充電的時候著火。這是今年在長沙換電站發(fā)生的著火事故，不能說采用換電模式就沒問題，鋰電池在充電的時候就容易出事故，這與換不換電池組沒有多大關(guān)系。

我跟很多企業(yè)講不要再做動力電池了，太危險了，原來2015年的時候有五、六百家企業(yè)做動力電池，去年看就剩下幾十家了。我昨天在寧德時代，寧德時代新能源電池研究院有3500多人，他們有各方面的研究人員，有研究材料的，研究電池結(jié)構(gòu)的，研究電池生產(chǎn)工藝的、研究模塊和Pack的，有研究電池管理系統(tǒng)的。一般的企業(yè)有多少？有一大堆方方面面的人才，企業(yè)沒有實力是支撐不住的。

這張圖說的是在動力電池的安全性以外，長壽命和可靠性這是不容忽視的，動力電池要解決長壽命使用問題，長壽命跟很多有關(guān)系，這張圖表示的是各種因素對動力電池長壽命和可靠性的影響，有制造過程、集成過程，儲存過程，多級使用方式維護、調(diào)整方法，很多的問題對動力電池高壽命和可靠性產(chǎn)生影響。

我們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)動力電池在充放電，特別是充電時是事故多發(fā)階段，大部分著火是在充電過程中，或者剛剛結(jié)束充電后。保障動力電池充電安全性是件很麻煩的事，這里面有很多影響因素，有連接的問題，充電方式的問題，制造過程中是否有瑕疵的問題。在充電過程中會將許多隱患放大，導致事故，這點特別重要。

不知道在座有沒有做電池Pack的？電池Pack的連接片很多是采用激光焊接的，我問過許多企業(yè)怎么檢測焊接質(zhì)量？他們說：沒法在線檢測。今天沒時間了，有時間我給大家看一下大量的測試結(jié)果，我們檢查過激光焊接是有很多問題的。所有的企業(yè)都想去檢查焊接質(zhì)量，但是我們一提到要在線檢查就會非常麻煩。在線可以檢查，但是要給我一個小時？三十分鐘？生產(chǎn)線上連續(xù)生產(chǎn)是不允許的。

這張圖還提到回收的污染問題，很多地方都有污染，我們的電動車在路上行駛時著火，電池箱炸開，消防員用水滅火，電池崩了以后電解液會出來，和水一起流到土地，就把土地污染了，這個被污染的土地很長時間沒辦法恢復(fù)。研究鋰電池的人誰能告訴我有不污染的辦法？這是很要命的事情。

第三個內(nèi)容是怎么解決這個問題？

電池的動力集成涉及面非常廣，我不主張大家做動力電池，是因為涉及的東西太多了。每個方面需要有很好的團隊完成，幾千人的研究團隊把這件事情做好需要花多少錢？工資就好幾個億，動力電池能賣出去多少？利潤有多少？錢能不能收回來？問題多了！今年上半年很多電池企業(yè)的財務(wù)報表都不好看，可以說非常難看，都是虧損的，還要拿出那么多錢搞研發(fā)，想想企業(yè)的壓力有多大？我勸許多小企業(yè)現(xiàn)在趁早就別干了。

動力電池系統(tǒng)的設(shè)計有很多要素，這張圖只是其中一小部分?，F(xiàn)在一些大企業(yè)的領(lǐng)導也都知道了動力電池系統(tǒng)要求很高，不好做。他告訴我說：“已經(jīng)有一本設(shè)計指導書了”，我說：“有多少頁”？他說：“有好幾百頁，你跟我說的時候只有不到十頁，現(xiàn)在已經(jīng)變成兩百頁了“。我說：”你已經(jīng)進步了“。做一個電池系統(tǒng)設(shè)計太難了，這張表說的是所涉及的事情，每一條展開都有非常詳細的要求。動力電池系統(tǒng)講的是優(yōu)化、是平衡，不僅僅是能量密度。

剛才我說了，這是萬鋼部長（現(xiàn)在是國家領(lǐng)導人了）他今年三次在不同的會議上提到這件事，就是大家說的淘汰傳統(tǒng)燃油車的事情，不是淘汰內(nèi)燃機，燃油車不是把內(nèi)燃機淘汰掉，內(nèi)燃機要和電驅(qū)動結(jié)合起來，光靠電池是不行的。我們現(xiàn)在如果要加大電池組的能量，在現(xiàn)有的充電服務(wù)體系下，怎么能充得更快呢？并且對于高能量密度電池組來說快充是致命的。大家見沒見過上下班時的擠公交車場景？我有幾次在北京早上趕高鐵，我就坐地鐵去，前面來了兩、三趟車我都擠上不去。大電流充電和人擠地鐵門的場景是一樣的，鋰離子的大電流充電時，如果離子擠不進去就會很危險。

未來應(yīng)該是電驅(qū)動系統(tǒng)與內(nèi)燃機結(jié)合起來，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，使得內(nèi)燃機可以把能耗和排放降下來。為什么豐田普瑞斯走混合動力？就是先把能耗和排放降下來。我們提倡推廣使用新能源汽車追求的是節(jié)能和減排，豐田普瑞斯從百公里7升油降到3升油以下，3升油能耗肯定是少了，排放也少了，這是真正的節(jié)能減排?，F(xiàn)場是使用電動汽車讓人感覺好象不排放，那能量從哪兒來？產(chǎn)生能量的地方有排放嗎？能量消耗大嗎？應(yīng)該多問一問。我今天來不及了，有時間再和大家討論現(xiàn)。在電動汽車的能耗幾乎是傳統(tǒng)7升油車的1.5倍，豐田從7升到3升，我們卻是從7升變成12、13升了。特斯拉電動車用22度電走100公里，大家算一算這個能耗，這也是為什么特斯拉電動車在新加坡被罰款的原因。如果電動汽車總背著這么重的電池組跑，就會不節(jié)能、不環(huán)保（折合成當量煤能耗和排放還高了）。新能源汽車首先要解決怎么節(jié)能的問題？節(jié)了能排放也會相應(yīng)降低。內(nèi)燃機的能量密度比較高，如何與電驅(qū)動匹配？應(yīng)該說有很大的改進空間。

我跟很多做Pack的朋友說，你要想做Pack，要先學會對動力電池系統(tǒng)的評價。我們今天可能還做不好電池組，但是我們要知道什么樣的電池組是符合用戶要求的？我朝著這個目標去努力，這是很重要的一點。

能量密度高只是其中一個要求，但不是唯一的，充電的技術(shù)能力、放電能力、安全性，高溫適應(yīng)性低溫適應(yīng)性、循環(huán)壽命、擱置壽命、生產(chǎn)效率、維護方便性、回收方便性、成本接受度等等，有許多要求要滿足。

我在這里也給出了一個希望值，這里動力電池系統(tǒng)的能量密度給出了達到500Wh/kg的要求，汽油是2700 Wh/kg，即使是動力電池系統(tǒng)做到500 Wh/kg，與2700 Wh/kg還差了很多倍，我說的是動力電池系統(tǒng)的能量密度，不是固體電池單體的能量密度。系統(tǒng)如果做到500 Wh/kg，單體得做到800-900 Wh/kg。

有人跟我說，如果單體電池的能量密度做到600 Wh/kg，系統(tǒng)的能量密度就能做到500 Wh/kg。我建議你試試，電池單體的能量密度越高，單體電池的總重量在Pack中所占比例就會越低。連接件、電纜、固定件等的重量不會因為電池能量密度提高而同比例降低，在這些輔件重量不能降低的情況下，你的電池能量密度越高未必系統(tǒng)的能量密度會按比例降低，所以說你要做到更高的能量密度才有可能平衡。

目前來看，我們今天所能達到的技術(shù)水準，和用戶對動力電池系統(tǒng)的理想狀態(tài)相差甚遠。我們是不是一定要走這條路？大家好好想一想。

除了產(chǎn)品的評價，也要對項目學會評價。能不能干這個項目？（這個項目不一定針對新能源汽車）干任何事情都要考慮全壽命周期的安全性；大批量生產(chǎn)資源的可持續(xù)性；大批量生產(chǎn)設(shè)備的可控性；社會保障能力是否能夠滿足要求；制造過程的能耗比等等，這里面對于任何一個問題都要考慮的。

我們在做新能源汽車動力電池產(chǎn)業(yè)時，恰恰沒有考慮這個問題。我們只看到某一點，這就造成了我們非常不理性的現(xiàn)象。國家給的補貼支持新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，五年的連續(xù)補貼是為了給大家提供研發(fā)的緩沖期，讓大家有時間做研發(fā)，在補貼沒有的時候能拿得出在市場上站得住腳的產(chǎn)品。遺憾的是所有企業(yè)無一例外奔著補貼去了，把它當成企業(yè)利潤增長點，而沒有在產(chǎn)品開發(fā)上下真功夫。有些企業(yè)的人說補貼沒有了就不干新能源汽車了。這完全違反的國家支持新能源汽車產(chǎn)業(yè)的初衷，習***總跟講“不忘初心“。國家是因為考慮新能源汽車研發(fā)投入非常大，所以才給的補貼，有多少企業(yè)是這么想這個問題的？

這張圖給出的是目前項目評價滿意是100分，現(xiàn)在只有1個大批量生產(chǎn)可持續(xù)資源給了60分。這還是在沒有考慮三元的情況下給出的，因為三元材料中鈷的資源非常少，不可能支持可持續(xù)發(fā)展。其它方面得分不高，作為一個國家戰(zhàn)略，一個投資人，這么低的分是沒有人給你投錢的。不是政府強力支持，你會做新能源汽車嗎？從事這個行業(yè)的人都要認真思索你的出路在哪里？

大家看問題出在這里，所有做Pack、做電池的人，要首先解決動力電池系統(tǒng)的可設(shè)計性。特斯拉電動車上采用了松下不太安全的18650和21700電芯，沒辦法只匹配那么復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)，保證電池組能夠正常工作。18650電芯的能量密度已經(jīng)達到240Wh/kg了(現(xiàn)在21700已經(jīng)達到280Wh/kg)，240Wh/kg的單體電芯組合成系統(tǒng)后，能量密度就只有103Wh/kg，重組率下降57%。而比亞迪采用的是130Wh/Kg的磷酸鐵鋰大容量電芯，做出來的系統(tǒng)能量密度也是103Wh/kg，所以我跟大家講，不要單獨看電芯的能量密度有多高？目前能量密度的高低都是科學家站在材料層面說的，不是站在系統(tǒng)產(chǎn)品層面說的，嚴重地誤導了大家。從材料層面看磷酸鐵鋰電池的電壓只有3.2V，肯定比電壓是3.7V的三元材料電池的能量密度低很多。但是在實際中，為什么比亞迪能用130Wh/Kg做出103Wh/Kg的系統(tǒng)，而特斯拉用240Wh/Kg也只能做出103Wh/Kg？有可比性嗎？有很多事情要全面地來看，動力電池系統(tǒng)的可設(shè)計性是很重要的?，F(xiàn)在我們來看看國內(nèi)，只有個別幾家企業(yè)的電池是考慮了這個可設(shè)計性的，絕大部分企業(yè)沒有考慮，不理解這個事情重要性是做不好動力電池系統(tǒng)的。

大家看這張圖講的是增程器，燃料電池是這里面的一種，這就是典型的內(nèi)燃機和其它類型發(fā)電裝置的結(jié)合，會有新的東西。現(xiàn)在內(nèi)燃機在起步用、爬坡用、加速用時能耗比較高，但是在平穩(wěn)行駛中發(fā)動機的功率消耗大概占總功率的15%到25%左右。大家可以查一個數(shù)據(jù)，早年在1900年前后，歐洲路面上跑的賽車也只有15馬力，當時15馬力已經(jīng)很高了?，F(xiàn)在很多汽車的功率是幾百匹馬力，為什么呢？因為我們要加速快。電動機的特性是可以從零開始加速，電動車的起步速加性能要遠遠高于使用內(nèi)燃機的車輛，電動機與內(nèi)燃機的配合正好把內(nèi)燃機大扭矩、高能耗、低效率的區(qū)間躲開了，形成優(yōu)勢互補。所以豐田公司才選擇了混合動力方案，最早的豐田普瑞斯發(fā)動機是1.3升的，而大小差不多的燃油車用的是1.8升發(fā)動機。普瑞斯的加速性能得到提高，能耗降低，排放降下來了。車輛發(fā)動機在大扭矩時能耗和排放是最不好，這個工作交由電動機承擔，這是聰明的做法，缺點是系統(tǒng)相對復(fù)雜，技術(shù)要求高。這個技術(shù)路線值得我們學習和思考。

總結(jié)一下：

目前新能源發(fā)展存在較大的泡沫，需要引起大家的警惕。

電驅(qū)動是目的，動力儲能的設(shè)計和匹配要創(chuàng)新，解決好動力電池系統(tǒng)與電動汽車一體化設(shè)計，加強電池組和模塊的設(shè)計需要全方位考慮。

加強對電池組產(chǎn)品的全面測試，不能根據(jù)片面的測試結(jié)果，對動力電池系統(tǒng)進行評價。

通過評價，改進設(shè)計，解決好動力電池系統(tǒng)的重量能量密度、體積能量密度、充電接受能力、放電能力等一系列問題的平衡。

通過項目的評價，學會對動力電池進行綜合評價的方法，對項目做出科學的判斷，特別要重視動力電池產(chǎn)品向國外學習，我們不能夜郎自大。

加強對動力電池回收的研究，盡可能不采用火法（高溫消耗能源）和濕法（化學法），否則還得再處理，一定要找到新的方法。

未來新能源汽車動力儲能方式還將發(fā)生重大的變化，不會在動力電池為主的一條道上走到黑。

謝謝大家。

來源：NE時代，王子冬