研究周报 | 详解低速电动车标准中“安全性”“锂电”与产业化的博弈, 企业需未雨绸缪

冰封之城

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【特约研究员 冰封之城】低速电动车转正之路该如何走?首当其冲的标准成为行业近期最热点,主要争议点集中在:“安全性不降低”和“采用锂电池”两项内容上。本文为大家详细解读这两大争议点究竟包含哪些内容?涉及哪些标准?又会给行业带来什么影响?

从第一次标准工作会议开始,“安全性不降低”即被列为标准制定的第一大原则。对低速电动车来讲,“安全性”涉及内容包括:一般性安全事项、碰撞安全、整车与动力电池安全三大方面。

1. 一般性安全事项,大部分企业和低速车产品都可以做到,典型举例如下:

1)充电安全:车辆应具有过充保护功能。当车辆被物理连接到外部电源进行充电时,应不能通过自身的驱动系统移动;

2)低速提示音及超速报警和限速功能:车辆起步且车速低于20km/h时,应能给车外人员发出适当的提示性声响。当行驶速度超过65km/h时,能通过视觉或声觉信号报警;

3)视野性能及间接视野装置:车辆的前风窗玻璃应装备刮水器,刮刷面积应确保驾驶人具有良好的前方视野。车辆应在左右至少各设置一面后视镜,和一只内后视镜;

4)车辆侧倾安全等。

2. 碰撞安全,按照低速电动车标准指定部门协商的内容来看,基本确定的碰撞后安全要求如下:

1)车辆以40km/h速度(汽车为48km/h),按照 GB/T 31498进行正面碰撞试验,碰撞结果满足GB/T 31498 和GB11551的规定;

2)车辆按照GB/T31498进行侧面侧碰,碰撞结果满足GBT31498和GB20071的规定。

碰撞安全标准及要求对比简述

标准名称

规定内容(“动力蓄电池或蓄电池包”以下简称“REESS”)

GB/T 31498-2015

电动汽车碰撞后安全要求

1.碰撞前后的电安全,防触电保护等:规定安全电压、电能、物理防护绝缘电阻等。

2.电解液泄露要求:碰撞试验后30分钟内溢出乘客舱外部的电解液不能超过5L

3.乘客舱外部,不得穿人乘客舱内;乘客舱内部REESS,应保持安全位置。

4.碰撞30分钟内,REESS不爆炸起火。

GB11551汽车正面碰撞的乘员保护

1.规定正碰和侧碰之后,假人头部、颈部、盆骨等部位的的受伤害指标范围。

2.相关方便乘员撤离的规定,比如碰撞中车门不得开启,前门的锁止系统不得发生锁止等等。

GB20071汽车侧面碰撞的乘员保护

3.车辆电安全规定,包括整车和动力电池系统的相关电安全标准。

车辆电安全符合GBT 18384 规定。动力电池系统,如果采用铅酸电池,标准相对简单,《QC_T 742-2006 电动汽车用铅酸蓄电池》,采用锂电池系统则应符合以下标注:

1) 循环寿命应符合GB/T 31484的要求;

2) 安全应符合GB/T 31485和GB/T 31467.3的要求;

3)电性能应符合GB/T 31486、GB/T 31467.2的要求。

车辆电安全标准体系构成示意图

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序号

新标准

内容及目的

GB/T 18384电动汽车安全要求(分3部分)

1部分:车载可充电储能系统GB/T 18384.1

整车电安全要求内容:正常充电、行驶过程中的气体排放;绝缘电阻;爬电距离;过电流断开器;及碰撞后安全要求。

2部分:操作安全和故障防护GB/T 18384.2

针对整车提出了操作过程、故障防护、用户手册、紧急响应等方面的安全要求。

3部分:人员触电防护GB/T 18384.3

主要内容为如何防护人员触电危害,比如模拟涉水等。

电动汽车动力电池单体及模块的相关标准

GB/T 31484电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法

主要考核动力电池单体、模组和系统的循环寿命指标。典型如室温放电容量、标准循环寿命、工况循环寿命等标定。

GB/T 31485电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法

在操作滥用以及极端情况下,动力电池单体和模组如何保证化学能的安全(燃烧、爆炸等)的规范。比如海水浸泡、模组跌落、针刺试验等。

GB/T 31486电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法

主要针对电池单体的外观、尺寸、重量和室温放电容量,以及模组的外观、尺寸、重量、常温性能、高低温性能、耐振动性能、存储等方面做出相应的规定。比如低温零下20度的放电容量等。

GB/T 31467.2电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统:高能量应用测试规程

上面标准针对单体模组,这里主要针对动力电池系统,包含了电池+冷却/加热组件+高压组件+低压组件+结构件+电池管理系统等的规定。

GB/T 31467.3电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统:安全性要求与测试方法

本标准则主要针对动力电池包和动力电池系统的完整的化学能防护规范。 典型测试如振动、跌落、碰撞、挤压、海水浸泡、湿热循环、高海拔等。

4. 以下为标准会议给出的低速电动车定型试验及依据,涵盖了M1类纯电动乘用车强检项目(CV+EV):

检验项目

依据

检验项目

依据

前照灯配光性能

GB4599-2007

机动车安全运行强制性项目

GB7258-2012

后雾灯配光性能

GB11554-2008

制动灯配光性能

GB 5920-2008

车载能源电性能

GB/T 31486-2015

GB/T 31467.2-2015

转向信号灯配光性能

GB17509-2008

车载能源安全性能

GB/T 31485-2015

GB/T 31467.3-2015

转向信号灯配光性能

GB17509-2008

电动汽车用电机及其控制器

GB/T 18488.1-2006

GB/T 18488.2-2006

机动车喇叭装车特性

GB15742-2001

电动汽车安全要求

GB/T 18384.1-2001

GB/T 18384.2-2001

GB/T 18384.3-2001

汽车制动系统

GB21670-2008

汽车转向系统

GB17675-1999

电动车辆的电磁场辐射强度

GB/T 18387—2008

汽车号牌板(架)及其位置

GB15741-1995

电动汽车操纵件、指示器及信号装置的标志

GB/T 4094.2-2005

汽车标记

GB7258-2012

GB16735-2004

电动汽车用仪表

GB/T 19836-2005

安全玻璃

GB9656-2003

电动汽车 能量消耗率和续驶里程

GB/T 18386—2005

汽车轮胎

GB9743-2007

由上述分析可以看出,在“安全性不降低”和“采用锂电池”两大原则框架下,制定出来的标准几乎涵盖了M1类纯电动乘用车的所有标准,甚至列出了《电动车辆的电磁场辐射强度GB/T 18387—2008》的要求。这种标准要求下的低速电动车和现有的纯电动乘用车相比,除了电池容量少一点,电机功率小一点(要做的测试都一样)以外,所对应的标准几乎是完全相同的,不同主要在于制动性能方面的标准《乘用车制动系统技术要求及试验方法动 GB21670》里相关试验的速度设定不一样了。基本可以得出两个结论:

1)按照这个要求,“升级一批、规范一批、淘汰一批”的批示,确实已经演变成了“升级一批、淘汰一批”,因为中间的“规范一批”已经没有存在的技术道理了。

2)标准赶在3月份两会前发布出来理论上可行,因为绝大部分的标准和试验规范都是乘用车现成的,只要定下低速车的尺寸、重量、速度等指标就完成了任务。

“安全性不降低”为什么成为争议点?

低速电动车相对于传统车来讲,车身尺寸小,又要在碰撞中保证电池和控制回路的安全性,其碰撞安全性要求及难度并不比传统汽车低,甚至某些方面要更困难。

表1低速电动车与传统汽车安全难点对照表(整车)

对比项

低速电动车

传统汽车

备注

车身

结构

传统车身结构+上几百公斤的动力电池

整体式车身结构

车体加上电池后,整体强度变差

车身

尺寸

车身尺寸小,前舱等部位吸能空间明显不足

车身尺寸大,前舱空间大,变形吸能区

碰撞吸能区不足,安全难度更大

前仓

布置

前驱前仓布置电机和传统系,不少厂家前仓布置动力电池

前置前驱基本发动机和变速器均布置在前仓

动力电池布置在前仓有一定的危险

座椅下

部布置

座椅底下一般布置动力电池或者其管理系统等

座椅下部地板为整体式加强结构,利于座椅安全

整体结构强度减弱,座椅安全受到威胁

后备

胎仓

此处用来布置车载充电器或者动力电池

用于稳定件备胎的放置

减低了此处整体结构强度

碰撞

安全

碰撞时要照顾动力电池和众多电气件安全

经过长时间的检验,碰撞安全已经基本得到保障

电动汽车碰撞安全隐患更多

1. 目前大部分的低速电动车产品,采用的是传统汽车结构的车身,再将动力蓄电池总成或整体或分割成多块放在车的前仓、座椅下面、后备胎仓等位置,影响了整体结构安全。因此,对于新生的低速电动车行业来讲,要整车达到汽车安全性的要求,必定需要给出周期,在产业化的过程中,来逐步进行新平台的开发和整车结构的重新设计。

2. 低速电动车安全性是一个系统工程,除了整车外,还需要对各系统的匹配性能方面进行安全性的匹配设计,这样,低速电动车的安全性能才能有更好的体现。但是在产业化的过程中,由于行业产生时间短,目前产量相对很小,绝对数字也不大,供应商体系也都在同步的发展过程之中。理性来看,产业也必然存在一个发展的周期,上下游企业都需要在产业化中靠市场来的足够资金,来支撑核心部件的开发和实验验证。

3. 锂离子动力电池遭受严重撞击和变形时,容易发生短路、起火、爆炸等情况,这是整个电动汽车行业的难题,在进行产业化的时候,也要考虑到动力电池安全性能和产业化之间的平衡。

4. 乘用车的碰撞试验、定型试验、包括可靠性试验几乎都要做,企业的费用不会低,比如进行一次正碰的试验费用为15万,以此推算,加上侧碰,以及各类定型试验和可靠性试验,仅一个车型的费用保守也在50万以上。强制认证试验项目多,审査周期长,会造成产品开发周期延长,增加企业经济负担。在鼓励技创新和实施强制标准上,也需要找一个平衡点。

电动汽车产业化和安全性是两个博弈的对象,安全性肯定要以成本牺牲为代价,而产业化又必须以成本为重要考虑,这两者的矛盾,需要国家层面进行疏导,尊重规律,逐步达标,最终达到统一。

“采用锂电池”为什么成为争议点?

为方便说明问题,我们采用行业代表企业“御捷”的两款主力车型做一个典型案例分析:

1) 260车型舒适版,整备质量610kg,装备5块12v100AH免维护铅酸电池,电机功率3kw。

2) 330车型劲畅板,整备质量849kg,装备6块12v100AH免维护铅酸电池,电机功率5kw。

更换锂电系统后的成本变化及性能变化比较:

考虑到低速电动车的特性,采用成本低一点的动力电池,大约在1200-1500元/度(视为不同的厂家和材料而定)。类比物流车的动力电池标准,低速车锂电池成组后系统的比能量约85-95wh/kg左右。铅酸电池12v100A约35kg/块,比能量约34wh/kg。

企业典型车型产品铅酸版及锂电版对比表

企业典型车型产品铅酸版及锂电版对比表

项目

260铅酸版

260锂电版

330铅酸版

330锂电版

电池组容量(wh

6000

6000

7200

7200

能量密度(wh/kg

34

85

34

85

电池系统总质量(kg

176

70

212

85

整车整备质量(kg

610

504

849

722

续行里程

整车重量减轻约15%,理论续行里程增加10-12%。相对330车型,大概10-15公里左右。

电池组成本(元)

3400

7200-9000

4080

8640-10800

电池组循环寿命(实际工况)

300

600

300

600

整车零售市场价格(估算)

23000

32000

36800

47000

根据电动汽车网发布的《2016低速电动车行业消费者消费习惯调研报告》:目前低速电动车的市场仍然停留在三四线城市的城中村以及城镇农村区域,2到3万的价格区间占市场主流。

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更换锂电池系统后,最便宜的260平台车型的零售价格都要3万以上了,超过了目前这部分客户可以接受的价格范围。其实随着低速电动车的普及,客户能接受的市场价格一直成上升趋势,对锂电的需求也刚刚有点点苗头,理性解决目前这个问题的办法有两个:

1) 给予铅酸电池一段过渡周期,随市场和产业化的发展,在适当的节点,予以切换。在过渡期,对生产企业回收电池做强制要求,并鼓励企业用品质过关的锂电池进行替代。

2) 既然是纳入了政府管理范围内的新能源汽车产品,建议在规划管理上同等对待,政策也给予一定的扶持。作为民生产品,可以考虑给一定的下乡补贴,哪怕低一点,也能帮助行业渡过这个时期。

行业企业如何面对这两大争议?

“安全性”和“锂电”作为一个最终要达到的目标,即使这次能给出过渡期,行业企业仍需早做准备:

1) 进行安全的储备,不能一味采用简化版的传统汽车车身结构,需要打造真正符合低速电动车特点及安全性的新的产品平台;

2) 进行锂电产品的储备,并有目的、有组织、有意识的往市场推出,引导市场需求,同时在这个过程中完成技术和可靠性的准备;

3) 标准和管理规定的出台,必将带来客户群体的巨大变化,如何重新定义产品,如何重新定义市场,是企业要及早规划的战略内容;

4) “安全性”和“锂电”带来的产品上升,将使得低速电动车直面很多高速微型电动车的压力,如何找到突破点,建立相对优势,关乎生死存亡。

作者:冰封之城

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