动力电池的安全、废旧电池的回收等问题分析
来源：宝鄂实业
2019-06-23 20:50
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伴随新能源汽车产业的持续高增长，我国电动汽车产业已形成从上游原材料供应，到中游动力电池、电机、电控及整车制造，再到下游充电设施建设等一套完整的产业链。一路走来，取得了不少成绩，但也面临诸多安全及技术挑战。
据中汽协数据显示，2018年，我国新能源汽车产销量分别完成了127万辆和125.6万辆，其中纯电动汽车产销分别完成98.6万辆和98.4万辆，插电式混合动力汽车产销分别完成28.3万辆和27.1万辆。全年销量的公布为2018新能源汽车发展提交了一份满意的成绩单。
但电动汽车特别是动力电池的安全、废旧电池的回收等问题也随即成为业界的关注焦点。
去年10月，国家市场监管总局透露，据掌握的舆情信息显示，2018年已发生新能源汽车起火事件40余起。另据统计数据显示，2018年全年召回新能源汽车高达13.57万辆，召回比例高达13.46%。
有报道可查的新能源汽车起火原因虽不尽相同，但细究起来电池长时间在液体中浸泡、电池材料不过关、动力电池系统拼装布局缺陷、使用中过充过放、电池组件安全性等都是电池起火的风险因素，最终的结果就是电池发生热失控导致自燃。
公开资料显示，2018年新能源汽车的自燃事件发生多达30余起。去年8月25日，成都一辆威马EX5在威马汽车研究院园区内发生自燃。8月26日，安徽铜陵一辆安凯电动客车在路边起火。8月28日，一辆正在充电的厢式电 动车起火。8月31日，广州街头一辆力帆650EV起火。10月10日，北京一辆长安奔奔EV起火。
上个月24号下午，美国佛罗里达州一名男子驾驶一辆2016年特斯拉Model S在公路上转弯时，失控撞上棕榈树后起火燃烧，司机当场身亡。烧焦的特斯拉随后被拖至一个停车场，但数小时后这辆车又自燃了三次。目前，警方尚未公布此次事故是否由车辆技术问题所致。
新能源汽车想要替代传统燃油车，如何迈过动力电池安全这道门槛至关重要。
原国家863电动车重大专项动力电池测试中心主任王子冬曾向网易汽车表示，动力电池安全性是一个敏感的话题，又是一个不能回避的话题。我国动力电池行业经过十年的积累，已经有了非常大的提升，但仍存在一些问题，尤其是电池技术这些年没有明显的进步。
电池能量密度越高，安全性越差，很多人希望电池能量密度增加，同时安全性也保持同样的水准，这本身就是矛盾的，我们只能在矛盾体中尽量追求一种平衡。一些整车企业盲目提高动力电池能量密度去迎合补贴政策，而在动力电池安全性验证上重视不足，这成为了诱发起火事件的潜在因素。
实际上，当前我国电动汽车行业标准与法规在动力电池安全设计及管理上缺少正向激励措施，造成了电动汽车及动力电池行业缺乏足够动力，以更高的安全标准开发动力电池及相关产品。
因此，无论从遏制电动汽车安全事故总量，保障用户生命与财产安全，还是保护电动汽车行业的可持续发展，动力电池的安全都成为迫切解决的问题。
全国人大代表、远景集团创始人兼首席执行官张雷今年带来的两会议案是“强化安全测试，统一安全标准，确保电动汽车行业健康发展”。
针对动力电池安全张雷给出了3点建议：
1.电动汽车安全标准中，强化引导全行业提升动力电池安全标准。在汽车行业安全评分（如CNCAP）指标中针对电动汽车，特别是动力电池的安全表现增加加分项。例如针对影响动力电池安全最关键的“热失控”问题上，增加通过电池电芯和模组穿刺实验的电动汽车可以提供相应加分激励的评分内容。
2.中国电动汽车和动力电池行业对于产品安全方面应采用国内外统一标准。中国电动汽车和动力电池行业应与世界标准同步，并在国际标准制定上占据重要地位，加强各主流标准制定和更新的讨论。
3.鼓励行业充分应用物联网、大数据及人工智能等技术，实现动力电池健康度的预测和主动安全管理。例如基于大数据的分析和对比，实现电池健康度的预测和主动安全管理。
张雷建议可以将电池和整车的健康度用量化的形式实时呈现给驾驶员，一旦有部分部件存在高风险，系统可以提示驾驶员提前采取预防措施。实时呈现健康度，并且告知驾驶员可以如何调整驾驶方式来提高电池和整车的健康度。从而达到跟驾驶员良性互动，提高整个车辆系统安全的目的。
实际上，动力电池安全问题不仅仅涉及电池研发制造层面，同样应涵盖电池在消费者用车周期内及梯次利用直至最终报废全生命周期。
动力蓄电池报废后，如果处置不当会给社会带来环境影响和安全隐患，也会造成资源浪费。2015年开始，国家和有关部委就陆续下发相关要求，对新能源汽车动力蓄电池回收利用进行规范。
全国两会上，针对动力蓄电池报废存在的问题，全国政协委员、中国工程院院士、湖南商学院校长陈晓红建议，要完善我国动力蓄电池回收利用体系和行业标准，优化相关产业技术，建立动力蓄电池强制回收利用制度。
要针对废旧动力蓄电池回收、运输、储存、处理等制定并完善相应的行业标准，并推进全产业链技术合作，积极探索动力蓄电池梯级利用场景和潜在市场，充分挖掘废旧动力蓄电池回收利用价值。
全国人大代表、天能集团董事局主席张天任提交了《关于加强对报废动力锂电池的再生循环利用，确保国家资源战略安全的建议》。他建议有关部门应加快制定报废电池回收及再生利用的管理、技术和评价标准，如电池余量检测标准等；加快研究财税优惠、产业基金、积分管理等激励政策，探索动力电池残值交易等市场化模式，促进动力锂电池回收利用。
除去动力电池本身的安全外，消费者对新能源汽车的售后维修同样“头疼”，特别是全车最昂贵的动力电池部件，此前由于三包条例未将新能源汽车核心部件涵盖补充入内，导致终端市场消费者经常被4S店以各种托词来回踢皮球。
（1）高速状态下风阻的非线性增加导致了高速续驶里程显著下降
随着汽车行驶速度的增加，滚阻呈线性增加，而风阻呈非线性增加，在电动汽车速度超过100km/h后，风阻的快速非线性增加是电动汽车行驶损耗显著增加的主要原因，此外不同坡度下需要的牵引功率变化也将降低其续驶里程。
（2）电动汽车冬季空调比夏季能耗更高，从而对续驶里程影响更大
在夏季，电动汽车的空调耗能占驱动耗能的30%左右，具体与环境温度与太阳照射强度有关，但燃油车同样需要消耗发动机能量来制冷，两者并无显著差异。
在冬季，与传统燃油车可依靠发动机排热取暖不同，电动汽车冬季空调仍然是其主要的驾驶舱供暖方式。而与夏季空调使用工况相比，冬季零下低温条件下空调需要更大能耗才能将舱内温度维持在舒适温度范围内，因而成为降低电动汽车续驶里程的最主要因素。
3月14日，国家市场监督管理总局针对《家用汽车产品修理、更换、退货责任规定（修订征求意见稿）》向社会公开征求意见，修订稿最大的变化就是新增了新能源汽车的部分。
根据公布的修订稿内容，汽车三包新规在新能源汽车方面将增加如下内容：
一是把动力蓄电池、行驶驱动电机作为与发动机、变速器并列的家用汽车主要系统，纳入免费更换总成的规定范围（自销售者开具购车发票之日起60日内或行驶里程3000公里以内）。
二是将动力蓄电池、行驶驱动电机与其主要零件反复发生的质量问题纳入退换车条款。
三是要求生产者将动力蓄电池放电容量衰减限值和对应的测试方法明示在三包凭证上。
四是动力蓄电池起火，消费者选择更换家用汽车产品或退货的，销售者应当负责免费更换或退货（自销售者开具购车发票之日起60日内或行驶里程3000公里以内）。
电动汽车续航里程无疑是消费者最关心的问题，然而实际续航里程与厂家宣传的等速续航和NEDC综合工况续航不符，也成为消费者的一大困扰。某电动车主谈起续航里程时颇有些无奈地说，“我这辆车厂家宣称等速续航360km，综合续航305km，实际在冬季开空调行驶，续航只有100公里左右。”消费者不禁要问，我的车到底能跑多远？
消费者对于里程的焦虑始终伴随纯电动汽车的发展，动力电池也再次被推上风口浪尖。但是电动汽车续航里程的这口“锅”，单单靠电池却很难背得动。
关注电动汽车续航，电池并非“罪魁祸首”
影响电动汽车续航的因素有很多，大致分为两类，第一类是和燃油车相同的因素，如车重，风阻，轮胎直径等；第二类则是电动车特有的影响因素，如电池、电机、电控、外界环境因素等。就电池本身而言，影响续航的因素主要有三点：电池容量、电池材料、电池系统能量密度。
一般来说电池容量越大，可提供的动能就越多，续航里程会越长，这就好比燃油车油箱的大小会一定程度影响续航一样。不过值得注意的是，并不是电池包的容量越大越好，因为在单个电芯同等容量的情况下，电池包的容量越大，需要的电芯数量也就越多，也就意味着整车的质量越重，而过重的车身则会对续航产生不利影响。
正因如此，轻量化一直是电动汽车追求的重要目标之一。除了车身及其他部件的轻量化外，电池包也需要追求更轻的重量。因此，选择能量密度较高的三元材料，逐渐成为主流。
目前乘用车常用的电池有磷酸铁锂电池和三元锂电池，两种电池各有优缺点。在实际使用中，磷酸铁锂电池耐高温，安全稳定性强，价格便宜，循环性能好。三元锂电池能量密度高，在电池容量/重量相同的情况下，采用三元锂电池的汽车整备质量更轻，续航里程也更长。
但是，采用了单体能量密度高的三元锂电池，也不意味着就能得到较高的续航里程，这还涉及到电池包的系统能量密度。只有合理布局电池包的结构，让每一颗电芯都发挥出应有的能量，续航里程才更有保障。
除了电池，这些因素也会直接影响电动汽车续航
一辆纯电动车上路行驶，需要电机、电池以及电控组成的三电系统协同工作。
电机好比电动汽车的“心脏”，相当于燃油车的发动机，作为驱动单元，整车性能与电机有很强的相关性，包括加速时间，最高车速等参数都取决于电机。
电控系统作为整台车的总控制台，决定了电机的调速、扭矩控制等，同时也将控制电池放电倍率、整车高低压电转换的效率，它既要控制能耗又要兼顾性能，并且在满足高动态的车辆响应频率的同时，还要保护电池和电机的安全性。
由此可见，电池、电机、电控三者相辅相成，密切合作缺一不可。电机与电控能否有着最佳的表现，也会直接影响纯电动汽车的续航里程。因此，电动汽车的续航问题不能简单归因于动力电池，也应该注意电控和电机在其中扮演的重要角色。
此外，风阻、车重、速度、行驶路况、天气状况、驾驶方式等一些外部因素，也会影响电动汽车续航。因此，续航里程受多方因素影响，还需综合评判。
减轻里程焦虑，新技术不断推动产业发展
近年来，动力电池技术飞速发展，乘用车电池系统能量密度2015年平均为97瓦时/千克，到2017年提升至111瓦时/千克。据电池中国网统计，2018年第一批公告目录中纯电动乘用车系统能量密度140瓦时/千克以下车型占比为59%，而年末最后一批公告中该比例已降至20%。系统能量密度的提升，也间接推动了新能源汽车销量的逐年增长，对电动汽车产业发展有着非常积极的影响。
除了能量密度的提升，氢燃料电池、固态电池等多样性电池产品的发展，也为电动汽车产业注入了新活力。多样性电池产品的应用和电池技术的革新，正不断推动电动汽车产业的发展。相信在不久的将来，电动汽车续航里程焦虑问题会逐渐消减，就像今天我们不会太过在意燃油车的续航里程一样。
在上述新能源汽车相关的三包条款中，动力电池显然是重中之重，这也契合了当下新能源车主的痛点。
我国的电动汽车市场已进入高速增长期，电动汽车安全，特别是动力电池安全，已经成为消费者关心的重要问题。在市场占有率和销量增速引领全球下，我们更应当抓住契机，夯实安全基础，体现电动汽车大国的责任和担当。
