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雷洪钧
(湖北省城市客车工程技术研究中心)
据媒体报道,7月22日凌晨,一场火灾烧毁烧坏11辆公交车,其原因是锂电池静止状态下自燃,7月23日下午,又发现同样现象,这些车是3年前生产的处于报废状态,停用了8 个月。公交车是8年以后才能报废的。3年前的车就退出了运营一线,这本身就不正常。这一次火灾又烧毁烧坏11辆车。这个是大事故。谁来负这个责?如果没有人出来负这责,这个所谓个别的现象,后面就会发展成普遍现象。笔者反思,只有深入了解公交的基本要求,要找到适宜我国国情的电动公交车的技术路线,才能避免类似事件的发生。这个技术路线就是纯电动+在线充。纯电动这个概念大家都理解,什么是在线充需要做一些铺垫性解释。
一、锂电池静止状态下会自燃的原因是什么?
一场火灾烧毁烧坏11辆公交车,其原因是锂电池静止状态下自燃。非专业人员可能要问,锂电池静止状态下为什么会自燃呢?是不是厂家的电池质量问题引起的?如果不是电池厂家的质量问题,就是客车厂匹配设计有问题?如果不是客车厂家的问题,就是公交公司保养上的问题?这里先解释锂电池静止状态下会自燃的原因。
公交公司看到的电池是一箱、一箱的。箱子里面是什么结构是不清楚的。必须搞清楚了箱子里面的结构,才能理解锂电池在静止状态下会自燃的原因的。
锂电池的最小单位是单体,多个单体并联起来成一个排的电池后,一排电池串一排电池成一箱的电池,再次一箱电池串一箱电池,最后成为一个电池供电系统来给车辆供电。这个电就是电动公交车的动力源。
自燃的原因在于“多个单体并联”上,这个是电池结构先天性的不足,主要有一个大体电池出现一致性问题,就会出现N个充电(放电)回路,这个回路一旦形成,锂电池静止状态会有自燃的可能的,而且可能性是很大的。
1)“锂电池静止状态”的含义是电池系统没有对外供电了,并不没有涉及到“多个单体并联”的连接的断开。
2)“多个单体并联”,如果其中一个单体电池一致性有一点点的变化,单体彼此之间,就会形成充电(放电)回路,即会有N个充电(放电)回路在工作。
3)N个充电(放电)回路在工作,自然在进行能量交换,这个能量交换突破了某一个数量级,最后会导致电池组内部会自燃起来。
问题是:世界上没有一个电池厂家能保障电池一致性100%,也没有一个电池成组的厂家能省去“多个单体并联”这个环节。
二、锂电池静止状态下自燃是可监视、可控的、可避免的
电池厂家提高电池一致性是一个永恒的追求,但是电池一致性100%,永远达不到。于是出现了电池管理系统(BMS)技术及产品。他的基本功能是对锂电池动(静止)状态下进行监视、进行管理。电池管理系统(BMS)可以管理到每一个单体的一致性的变化,其结果是必须要告诉司机的。如果锂电池单体电池出现了异常,会提醒司机采取措施的。另外,电动汽车还有后台管理系统的。后台管理系统对在线运营电动汽车进行24个小时监督管理,对纯电动公交车更是这样要求的。
针对“多个单体并联”这个不足,采取了以上三个层次的措施,锂电池静止状态下自燃是可以规避的、是可以克服的。就是因为有了这样非常可靠的安全措施,目前上线运营的电动公交车是较为安全的,所以说,这一次厦门公交车起火事件是个别现象。
问题是:厦门公交车起火原因是车辆停用8个月后,车辆处于报废态,锂电池静止状态下自燃。不是没有电动汽车安全措施,而是这些措施没有落实到位。
三、3年前的车就报废且又停用了8个月,这会是真的吗?
某车厂3年前的车就报废且又停用8个月了,按常理不会发生这样的事。理由是该客车厂是我国客车第一集团军的厂家,当然不是媒体会报错了,但这又是为什么呢?
锂电池老化超负荷自燃。这个结论如何理解?
①设计匹配有问题,才会导致锂电池超负荷工作。所以说,该车厂要站出来,对大家有一个交代。
②使用环节有问题,才会导致锂电池老化。所以说,公交公司要站出来,对大家有一个交代。
③结果是电池自燃,但是证明不了电池就有质量为问题。所以说,电池厂家要站出来,对大家有一个交代。
问题是:大家都有难言之隐?等专家的鉴定结果吧。难道专家没有难言之隐吗?
四、难言之隐归难言之隐,电动车的安全隐患还要要消除的,这是社会责任
1)提高锂电池的质量。尤其提高一致性指标。电池厂家也知道一致性指标达不到100%。达不到100%,你总要达到99.9%吧。你没有这能耐,你为什么还在这行业混呢?
2)提高电动车的质量。你能把传统车的质量做世界级,你的电动车不到3年就报废,还发生了一场火灾烧毁烧坏11辆公交车的事。后面都是电动客车,你在行业里还能再混下去?
3)提高电动车的保养水平,车在你上,一个新车用不2,5年就报废了,还发生烧毁烧坏事件,把责任推给电池厂、把责任推给客车厂。你在公交行业如何交代?电动车又不是你一家人在用。
五、厦门混动公交车起火事件告诉我们什么呢?
①我国传统的公交车产业技术基础支撑不了混动技术的改造。7月22日凌晨,一场火灾烧毁烧坏11辆公交车是混动公交车,是不到3年报废车。该车企是我国客车第一军团的厂家,传统公交车已经非常出色,为什么其混动公交车3年不到就报废了呢?这是典型例子。
②我国插电混动公交车,不少厂家对外宣传节油率高出了45%。简单一算就知道,一天250公里,纯电动模式要运行60公里。这是节油吗?以纯电模式为主,内燃机就不是引擎机了,只能算增程器了。
③我国10多年的混动公交车研发历程已经证明了,我国在传统公交车的基础上,搞混合动力是追不上日本等汽车发达国家的。理由后面再阐述。
六、我国混动公交车理论上节油,实际工况下不节油,这是什么?
①日本搞的混动路线,效果很好,他的传统车技术先进,但是他搞的是乘用车,日本人没有搞过“混动”公交车。我们搞的公交车混动,而传统公交车技术不能与乘用车比。这是有区别的;
②我国传统公交车的动力总成(含底盘)不是现代意义的。可以想象不在现代意义的传统车的基础上搞混动,只能是“理论上节油,实际工况下不节油”的结果。理论上是超前的,现实是落后的。这好理解。
③我国传统公交车的价格很低,不能与发达国家的公交车比。混动技术是超前的,要增加不少成本,公交市场已经没有能力承受了。超前的混动技术必须与高技术的传动车对接才能出好的效果。实际情况下,超前的混动技术与低水平的传统公交车技术对接不上,即“门不当、户不对”。这好理解。
七、新能源公交车以“纯电动驱动” 技术路线为主流已经十分明显
1)分析公交的基本要求
①以12米大客车为例。最大质量限定18t,最大整备质量限定12t,公交要求运载质量是6t. 每天运营里程:250 km。这是纯电动12米客车必须要遵守的。
②每公里耗电(不含空调):1.0kWh,一天需耗能:250 kWh; 空调一天耗能:70kWh,实际工况下,每天总最少要消耗:320 kWh。
③当前电池技术要每天至少要保留20% SOC,否则会发生超负荷运行,即电池组设计总容量大于384 kWh,目前电池成组的比能量1wh/kg,加上电池组附件的重量,电池系统已经达到4t重了。
④按理想的充电倍率0.5C给容量384 kWh电池系统充电要2个小时以上。实际上要3-4小时。必须是高电压、大直流来充。
以上计算结果告诉我们,由于当前动力电池的技术瓶颈,要设计出满足公交公司要求的每天充一次电运行250公里的、运载质量大于6t的12米纯电动公交车是不可能的,当然可以硬来,但是车必然是带有安全隐患。
以上以上计算结果,也是客车行业的专家、学者坚持认为,我国的电动公交车仍然要坚持混动的技术路线的理论基础。
2)公交公司硬性要求是什么?
①车辆必须是安全的；
②每一天运营里程不能变,天热了空调是要开的；
③车辆运载质量不能减少。
3)与公交公司可以商量的要求是什么?
一天充一次或多次是可以商量的,但是多次充电必须安全的、便捷的。
4)绕开动力电池的瓶颈的途径是安全的、便捷的多次充电技术
①微宏公司推出单体电芯能量密度达120wh/KG多元复合锂电池10,000次;15分钟充电能充满。能快充的电池已经有了,要求直流电压要500V以上,充电流大于150A。
②电池能快充是解决问题必要条件。一个车队30台车,一台车要150A, 5台车同时充要750A的电流,配套的充电设施如何配?供电公司会答应吗?这样的充电站能普及吗?
③有了较高能量密度的电池,借用已有的、技术成熟的滑触网,电动车辆能实现多次充电且是自动的。要慢充、要快充、晚上充、白天补由用户自己去把握,自己安排。
八、扬子江的纯电动+ 在线充公交车技术路线得到认可
①扬子江公司按纯电动车要求造车,拿到了工信部新能源汽车公告、新能源汽车目录,拿到了国家补贴、拿到了地方补贴。
②扬子江12米的纯电动与自己生产的无轨电车在安全上是一个等级的、在运力上还超过了传统公交车。
③2014年武汉公交集团一次采购扬子江12米的纯电动200台,从一次上线2台、5台、20台、30台,到大规模的改造供电设施,全部上线运营。
④扬子江纯电动公交车没有对供电公司的供电技术上提出任何的新要求。
⑤扬子江纯电动公交车对一些城市的无轨电车的供电线网优化及减少,提供一个很好的模式。
九、纯电动+ 在线充公交车慨念的演绎
2010年笔者提出了“滑触网充电式电动公交车”的慨念,这是从技术层面提出来的,被人误解是把“无轨电车”简单修改而来,但是许多关注纯电动公交车发展的专业人士认为有新意;接下来有人将“双源无轨电车”修改成“即时充纯电动车”,这一提法表明开始关注“充电”的效率了,2012年王秉刚老师在湖南长沙一次会议上提出了“在线充纯电动”慨念,这一提法开始关注纯电动车如何实现能高质量的充电,笔者接受这个提法,加以传播,经过一段时间运用后,2014年扬子江公司总经理黄修瑞建议改成“纯电动在线充”,这一提法告诉大家,我们发展纯电动公交车,必须要把充电的水平提高“在线”服务的水平,这是在强调发展纯电动公交车,离不开充电设施配套服务到位,不能主次颠倒了。从此以后,越来越多的人接受这个概念,但是也有不少的人对“在线充”误解为“在线充=滑触网充电” 。许多地方以建滑触网充电设施不符合城市规划为由,认为不宜发展纯电动公交车。2015年李克强总理在政府工作报告里,提出了“互联网+”慨念,笔者对“互联网+”慨念进行了学习、消化。新能源公交车推进在前行,相关理论要不断修正。笔者参照“互联网+”的提法,提出“纯电动+”的基础性慨念,即有了“纯电动+在线充”新提法。其意义是什么呢?
1)纯电动是指车辆,在线充指的是充电设施及对纯电动车辆充电服务水平,尤其强调充电设施建设要及时跟上,要满足公交公司的实际运营要求。
2)发展新能源公交车,要以发展纯电动为主流,不要因为充电设施及充电服务暂时跟不上,再继续研发混动公交车。这会错失发展机会的;
3)在线充是一种充电服务的理念,并不是一种固定充电技术。滑触网充电技术、地面桩充电、车载充电机充电技术等不同类的充电技术,纯电动公交车研发要根据具体情况,要有机结合进来。
4)滑触网充电技术是10米以上纯电动公交车是实现“在线充电”理念较为成熟的技术,值得推广。
5)无论地面桩充电技术、车载充电机充电技术、便携机充电技术,还是快充、慢充、无线充都要融入互联网“在线充”的服务理念,这对出电动公交车推广应用其作用是巨大的。
总之,发展纯电动公交车,离不开充电,充电的服务越接近“在线”服务的水准,公交公司接受电动公交车可能性越大,其满意度就会越高。
电动公交车交给公交车以后,客车厂家、电池厂家、充电设施服务厂家都达到了“在线”的的服务水平,厦门公交车起火事件会还会再次发生吗?
