院士诊脉电动车

陈秀娟

怎样的电动汽车节能减排？怎样的动力电池更安全？近几年我国新能源汽车产业发展迅猛，市场保有量超过全球的50%，产品技术水平、产业体系水平、企业竞争力、基础设施水平，市场推广水平均取得重大进步。值得一提的是，今年上半年，我国新能源狭义乘用车销量57.6万辆，同比增长65.8%。与此同时，近期被曝出的电动车频频自燃事件又给行业敲响了警钟。

在当下的市场环境之下，究竟应该发展怎样的电动汽车呢？怎样的动力电池值得研究與推广的？作为电动车的制造方，车企应该从哪些方面改进？

电动车并非都节能减排

中国工程院院士杨裕生在2019南京创新周新能源汽车产业地标峰会上指出，节能减排要从电动汽车全生命周期来衡量，而不能只看电动汽车在行驶这一环节。其中，最主要的是要把能源的使用考虑进去。

在杨裕生看来，长里程纯电动车并不节能减排;插电式混合动力车假节能减排;燃料电池电动车难节能减排;增程式电动车很节能减排。

为什么说长里程纯电动车不节能减排？杨裕生特别指出，现在电网电能主要来自燃煤，节油而耗电高的长里程纯电动车是不节能的。比如特斯拉纯电动车不用油，但是在新加坡受到罚款，因其追求长里程而多装电池，这导致车重、耗电多，而发电的时候又会大量排放二氧化碳等有害物。

即使未来电网的电能主要来自太阳能等清洁能源，长里程纯电动车也未必可取。原因有六点：第一，比能量要高，则采取多装电池，这导致燃烧爆炸的危险性增大;第二，由于多装电池，后期废电池处置耗电就多;第三，多装电池导致负重行车，浪费能量;第四，电池装得越多，车的价格就越高，竞争力低;第五，电池寿命短于整车，换新电池需用户另出钱，使用成本变高;第六，充电桩要密，费钱又占地，且难符合要求。总之，长里程纯电动车背离了发展电动车的节能减排宗旨，且用户需多花钱，补贴取消后竞争力差。

为什么插电式混合动力车假节能减排？杨裕生指出，插电式混合动力车有纯电动和内燃机两个动力系统。所以，就会出现四方面问题。第一，车子很重，耗能高;第二，50公里之内用电需要充电，远距离则用内燃机，现在内燃机都是大马拉小车，不节能减排;第三，标榜油耗很低，实际上计算耗油的方法有假象。如纯电动行驶80公里，20公里用油，官方计算百公里油耗时就将20公里的用油量除以100公里行驶里程数，于是，官方就宣传成插电式混合动力车的百公里耗油很低，实际上这是假象;第四，不少用户使用这种车型时并不充电，他们会把插电式混合电动车当燃油车使用，排放有增无减，甚至还有人把电池卖掉，这样不仅可以得到新能源车补贴还可以得到卖掉电池的钱。

为什么燃料电池电动车难节能减排？杨裕生解释说：“现在燃料电池用氢做能源，氢需要用一次能源来转化，要解决很多问题。”第一个问题是要解决高能效低排放制氢技术。最常见的方法是用电来电解水制氢，再通过燃料电池发电。在此转换过程中，转换效率是电池蓄电的三分之一;第二个问题是氢的安全运输、分布、储存需要很大的投资，耗能也很多;第三个问题是燃料电池的寿命不够长且它的价格高，制作耗能也多;第四个问题是燃料电池用的质子交换膜、气泵等的生产技术差，国产化还没有做好;第五个问题是铂金的资源太少，现在每年国产约4吨铂金，进口铂金50吨左右，这些铂金大部分用于化工行业做催化剂，也有一部分做首饰及其他用途。如果要大量做燃料电池，这些铂金远远不够。而研究没有铂金的催化剂，是一个世界性难题。

为什么增程式电动车很节能减排？杨裕生的理由是：第一，发动机排量小;第二，发动机选择能效最高处;第三，电池少，可降低成本，补贴退坡取消影响小，易推销;第四，车重减轻更加节能。综合其他优点：电池组不会过充过放，寿命延长，安全性高;增程行驶比燃油车节油50%以上，大为省钱;可以不用充电，免建充电桩，且能行远距离;如有充电条件，城市百公里内节油率大于80%;燃油车生产及加油设施健全，便于发展。总之，增程式电动车没有里程、安全、充电、价格、电池五大焦虑。

目前的第二代增程式电动车是燃油车与电动车的融合，改变了第一代增程式电动车的单纯延长续航里程的局限性，比较节能减排。此技术已用于多种车辆。例如，华龙的12米电动车，市区公交模型百公里油耗12升，公路模式百公里油耗16.3升。山东德州富路集团生产的增程式低速车，用单缸0.2升排量的发动机发电，配铅酸电池，百公里油耗仅1.8升。

因此，在杨裕生看来，由发动机和电池配合的电动车，节能减排效果最佳。杨裕生特别指出，增程式电动车不是向纯电动汽车过渡，而是未来的主力技术路线。

安全性是电动车的根本

在市场主导下，怎样的电动车能够卖得好？

杨裕生指出，对于电动车来说，需要从七个方面来衡量它的性能：节能减排、安全性高、使用方便、价格低廉、能源费少、维修方便、使用期长。在这七个指标里，最重要的是安全性。“只有安全性高的汽车，才会受到用户的青睐，像特斯拉这样的电动车会让人担忧。特斯拉纯电动车在2017年以前烧了十几辆，2018年烧了11辆，今年又有3辆车无故自燃。” 杨裕生强调说。

据不完全统计，我国2017年电动车自燃103辆，2018年自燃51辆。90%以上的自燃车辆是安装了三元锂离子电池的纯电动车。

高镍三元锂离子电池为何频频自燃？根源可能是多方面的，杨裕生认为，造成那么剧烈的燃烧，主要的问题是电池里面的三元正极材料。

美国桑地亚国家实验室提出，含镍80%的镍钴铝三元材料电池的热失控的温度是200摄氏度，镍钴锰各占三分之一的三元材料电池的热失控温度要高一些，大概在230摄氏度，而磷酸铁锂电池温度升高后则没有发生剧烈的热失控。用三元正极的电池安全性最低，高镍三元电池更危险。特斯拉用的就是含镍80%的镍钴铝三元电池。

所以，补贴停止后，安全性将是电动汽车买主最看重的因素之一。

动力电池该怎么发展？

由于高镍三元锂离子电池频频自燃，显然，这种动力电池并不可取，那么，在当下，动力电池产业究竟该怎么发展？

对于动力电池的发展走向，杨裕生呼吁：要大力發展磷酸铁锂电池，类似高镍三元锂电池这样的高能电池不应该作为重点。

杨裕生指出，首先，将磷酸铁锂电池作为主力，再提高性价比。磷酸铁锂电池的优势是安全性高、寿命长、不用短缺金属。我国已掌握微纳结构技术，碳包覆技术，弥补了电导率不高。目前，磷酸铁锂电池已成功用于微小型纯电动车和第二代增程式电动车上。“南昌有个恒动公司，单体电池已达到180Wh/公斤，电池包达到151Wh/公斤。我们要向先进指标来看齐，这个指标还可以提高。”杨裕生举例说。

“我们目前提出的一种高安全型、可快充的电容型磷酸铁锂电池，现在在研发上已经有进展。这种电池的关键在材料，这种电池的比能量比钛酸锂电池要高一倍，成本只是它的三分之一到四分之一。”杨裕生认为，如果能进一步提高电池一致性和寿命、降低成本，磷酸铁锂电池将在公平竞争的市场中大显身手，为节能减排做出大贡献。

其次，杨裕生认为，电动汽车发展需要用新的电池。其一，将传统燃油车改成轻混，要求电池用快充电来回收刹车能量，可以节油15%。如比较常见的48V电池组，其电池容量小于0.4度电。其二，第三代增程式电动汽车电池用量少，大概一度多点的电容量，要回收刹车能量电池应有约5-8C倍率充电能力。其三，充电桩增多后，电动车电池可以少装、快充，大概需要10C左右，只需6分钟就可把电池充满。

目前的电池能够快放，但是难以快充，原因是目前的电池用石墨做负极，锂离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，要发展高安全性、廉价的快充电池，负极需以硬炭代石墨，不易长枝晶。为了提高负极比容量，可以在硬炭中复合纳米硅。同时，在正极磷酸铁锂中混入多孔炭，这样双电层电容与电池的内并，简化了并联的线路，同时也降低成本、延长寿命、提高功率。

在杨裕生看来，发展电动汽车，车企经营应改向，必须要把安全放第一位，而不是考虑里程第一。“电动汽车要发展必须市场化，必须减少电池用量、提高安全性、节能减排、降低车价，而不是追求长里程的纯电动用多装电池来浪费能源、增加排放、加大废电池处置量，更不该极速提高电池比能量、增加危险性。” 杨裕生说。

至于如何提高电动车的安全性且节能减排，杨裕生认为有四种做法：第一，车企应将积分与节能减排挂钩，而不与纯电动里程挂钩;第二，发展新的磷酸铁锂电池，提高寿命和充电倍率;第三，可以将纯电动乘用车微小型化，不追求超长里程;第四，发展增程式技术，将此技术用于各种电动车型。