電動自行車電池安全背后
暴露的是電池、充電器等強制性標準缺失
電動車行業(yè)低水平發(fā)展的現(xiàn)狀
電池安全，不是技術(shù)問題
也不是科學(xué)問題，本質(zhì)上還是管理問題
致命的電動自行車
9月20日凌晨，一場發(fā)生在北京市通州區(qū)幸福藝居小區(qū)某單元的火災(zāi)，最終造成5樓的一家五口死亡。事故的罪魁禍首，是三樓一家租戶的電動自行車電池。事發(fā)當(dāng)晚，該租住家庭中的丈夫?qū)㈦妱榆嚨匿囯姵貛Щ丶抑谐潆姡M而引發(fā)了這場致命的火災(zāi)。
今年1月到7月，全國發(fā)生的電動自行車火災(zāi)事故已達6462起，平均每個月事故超過900起。80％的電動自行車火災(zāi)發(fā)生在充電時，絕大部分事故由于鋰電池燃爆引起。當(dāng)下，全國電動自行車保有量為3.2億輛，相當(dāng)于平均每4.4個人就有一輛。
清華大學(xué)退休教師、被稱為“中國電動自行車第一人”的馬貴龍對《中國新聞周刊》說，相比同樣采用鋰電池的電動汽車，電動自行車在鋰電池安全方面根本就不該出問題。“電動自行車的鋰電池組只有幾十節(jié)電池串并聯(lián)構(gòu)成，電動汽車電池有幾千節(jié)，相差一百倍”。電池個數(shù)越少，電池組容量越低，電壓越低，電池安全越容易控制。但在實際中，電動自行車燃爆事故數(shù)量高于電動汽車。電動自行車鋰電池安全背后，暴露出的是電池、充電器等強制性標準缺失、行業(yè)處于低水平發(fā)展的現(xiàn)狀。電動車鋰電池安全，不是技術(shù)問題，也不是科學(xué)問題，本質(zhì)上是管理問題。
電池的貓膩
電動自行車的電池大體分為兩種——鉛酸電池和鋰電池。簡單地說，鋰電池要比鉛酸電池更輕、比能量更高（衡量電池能量密度的指標）、壽命更長。而鋰電池又可以根據(jù)電池正極材料不同，分為三元鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池。現(xiàn)在市面上流行的所謂超導(dǎo)石墨烯電池，是用石墨烯作負極，用以改善電池導(dǎo)電性能。但由于添加的石墨烯性能和特性不佳，含量過少，并不能使電池性能有根本性改變。
與鉛酸電池相比，鋰電池的最大優(yōu)勢還是重量輕。同樣是48伏、12安時，一組鉛酸電池重量能達到16公斤左右，而鋰電池大約4公斤。但鋰電池價格更貴。常見48伏、24安時的鉛酸電池價格大約350元，三元鋰電池為600元左右，磷酸鐵鋰電池價格大致在900元。在國內(nèi)，電動車鉛酸電池生產(chǎn)商主要是浙江長興縣的超威和天能，兩家企業(yè)的市場份額共占到百分之七八十，鋰電池市場的龍頭企業(yè)為蘇州星恒、天能。
2018年，電動自行車新國標發(fā)布，規(guī)定包含電池在內(nèi)的整車重量不許超過55公斤。這一規(guī)定使鋰電池開始搶占鉛酸電池的市場。近年來，全國每年新生產(chǎn)的3000萬輛電動車中，采用鋰電池的車輛占比為35％。鋰電池電動車的保有量占比，已從新國標頒布前的3％增長到15％左右。眼下正處在全國多地超標車過渡期截止日期的前夕，以舊換新或購買新車的需求激增。但一直以來，電動車鋰電池的充電安全問題沒有得到解決。
在中國自行車協(xié)會副理事長、江蘇省自行車電動車協(xié)會名譽理事長陸金龍的印象中，2018年新國標頒布前，電動車發(fā)生燃爆事件的概率遠低于現(xiàn)在。無錫市檢驗檢測認證研究院/國家輕型電動車及電池產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心業(yè)務(wù)管理部部長、研究員級高工薛宇解釋說，鋰電池較鉛酸電池更易出現(xiàn)安全事故。這主要是由電池的材料與結(jié)構(gòu)所決定的。鋰電池能量密度比鉛酸電池高，鋰元素的化學(xué)性質(zhì)比鉛更活躍，鋰電池中的電解液也比鉛酸電池的稀硫酸電解液更易燃燒。鉛酸電池在發(fā)生事故時，最多鼓脹或裂開，不會有更劇烈的反應(yīng)。鋰電池由于內(nèi)阻小、隔板薄，出現(xiàn)熱失控時，則會發(fā)生燃爆。同理，三元鋰電池能量密度高于另兩者，構(gòu)成電池正極三種元素鎳、鈷、錳的活潑性也較鐵元素高，因此安全性不如磷酸鐵鋰電池。但因能量密度最高，三元鋰電池在電動車鋰電池市場份額達到50％以上。
眼下，一些廠家又在推出鈉電池，鈉的化學(xué)屬性沒有鋰活潑，相對更安全，但能量密度又不及鋰電池。馬貴龍說，鋰電池安全的終極解決方案是生產(chǎn)固態(tài)鋰電池，即電解質(zhì)為固態(tài)。“現(xiàn)在的鋰電池因為電解質(zhì)是液態(tài)，才易發(fā)生膨脹、爆炸”。固態(tài)鋰電池也是全世界在攻克的難題，如何將固態(tài)電解質(zhì)和正負極結(jié)合在一起是當(dāng)下的難點。但這一技術(shù)路線要想獲得成功，走向市場，還尚需時日。
近兩年，由于事故頻發(fā)，電動自行車生產(chǎn)廠家開始更多采用安全系數(shù)相對更好、價格也更高的磷酸鐵鋰電池。但在新能源電動汽車領(lǐng)域，三元鋰電池依然是主流。
在電動自行車行業(yè)內(nèi)，整車企業(yè)大都不會自己生產(chǎn)電池，而是向電池廠家直接定制、購買電池或采購單個電池再進行組裝。頭部企業(yè)通常會與星恒、天能、超威等廠家合作，由其提供電池。馬貴龍說，一些生產(chǎn)汽車鋰電池的大廠，會將電壓相同、內(nèi)阻一致的電池打包、組配好賣給汽車整車廠，而把內(nèi)阻、電壓參差不齊、配不上組的電池賣給一些沒有鋰電池生產(chǎn)資質(zhì)的小廠。這些小廠直接將電池串并聯(lián)、打包，做成電池組，再賣給一些小品牌電動車整車廠和諸如維修點、銷售門店等二級市場。這樣一個電池組里電池間的差異很大，會導(dǎo)致事故頻發(fā)。
馬貴龍說，電池發(fā)生燃爆事故的核心在于過充。構(gòu)成大容量電池的方式，是將十多個單個電池串聯(lián)后，再將這些電池組并聯(lián)。如果配置一致性比較差的電池，會出現(xiàn)某一節(jié)電池很快被充滿，其他電池尚未“吃飽”的情況。而充電器對此并“不知情”，會持續(xù)給所有這些電池充電。這樣一來，充滿的電池會因為過充發(fā)熱，電池中又含有電解液，遇熱汽化，壓力增大，發(fā)生爆炸。
葉震濤是國家輕型電動車及電池產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（CEVT）技術(shù)負責(zé)人，也是電動車新國標的起草者之一。他指出，近兩年，最早一批投入使用的新能源汽車電池開始進入到大規(guī)模更換退役階段。2018年，新能源汽車退役鋰電池能達到11億瓦時。在此過程中，會有部分退役淘汰電池，通過一些小廠家，流入電動自行車領(lǐng)域。“一些表面上看著很好的電池，可能壽命已經(jīng)到期，內(nèi)部存在風(fēng)險故障點，如果不經(jīng)檢測被隨意組配到一起，就會有很大危險”。
而在電動自行車的銷售模式中，整車和電池可以分開銷售。整車大廠在電動自行車出廠時，會配套電池，一些小企業(yè)只出售車架子，電池安裝均由經(jīng)銷點實施。這樣的銷售模式會使一些劣質(zhì)電池經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、線下銷售后，安裝到電動自行車上。
這樣的電池流通鏈條在外賣員購車經(jīng)歷中體現(xiàn)得尤為明顯。劉剛是餓了么在北京的一名外賣員，2017年入行，迄今為止，已至少更換過兩輛電動車和三次電動車電池。劉剛說，外賣員在購電動自行車時，往往自己已經(jīng)買了電池。他之前騎的是一輛500元買的雅迪二手電動車，使用的是一款72V、65AH恒為品牌的大容量電池，花了近3000元購自網(wǎng)上，續(xù)航里程能達到100多公里。
追求高速度、長里程是外賣員的工作需求，72V已經(jīng)超過了新國標規(guī)定的電池48V的額定電壓。2019年前后，他又在小區(qū)附近購買了兩組72V、20AH的超威鋰電池，花費3000多元。其中一節(jié)仍正常使用，另一節(jié)用將近一年就不能用了，“當(dāng)時看著外殼是新的，可能里面裝的就是舊電池”。在北京市西城區(qū)趙登禹路兩側(cè)，有著十余家電動自行車店。其中一些店面門前，就擺著不含電池的雜牌或超標電動車。而這類電動車的主要買家，就是外賣員。
葉震濤說，國內(nèi)對于廢舊鋰電池尚沒有建立專門回收體系，設(shè)立專門回收網(wǎng)點。而在新國標制定、出臺時間段，發(fā)現(xiàn)電動車使用被淘汰電池的現(xiàn)象也比較少，因此新國標對此也沒有規(guī)定，反過來說，這也說明了這些電池沒有經(jīng)過相應(yīng)檢測，直接流入了市場。
陸金龍說，廣東東莞有數(shù)十家生產(chǎn)雜牌鋰電池的企業(yè)，其生產(chǎn)的電池都不具備安全保障，“肯定要出事情”，其價格比大品牌的電池要便宜20％至30％。他建議，從國家層面來講，對于生產(chǎn)電動車鋰電池的廠家要進行強制認證。
馬貴龍說，為解決電動車安全問題，一定要定規(guī)矩，進入電動自行車領(lǐng)域的鋰電池必須要有準入門檻。電動汽車整車廠經(jīng)篩選過后剩下的電池，不得隨意流入電動自行車電池的生產(chǎn)廠家。從事電動自行車電池生產(chǎn)廠家要具備檢測、合理組配電池的能力和資質(zhì)，保證電池配組一致性。違者要承擔(dān)嚴厲的法律責(zé)任。
他還表示，現(xiàn)在一些知名電動自行車整車企業(yè)打出了“汽車級鋰電”的宣傳口號，其真實含義，無非是像電動汽車一樣實現(xiàn)電池配組一致，這本應(yīng)是電動自行車電池的一個基本要求。電動自行車電池安全事故頻發(fā)背后，反映出的是相關(guān)管理的缺失。
汽車鋰電有嚴格的強制性準入標準。相比之下，葉震濤說，《電動自行車用鋰離子蓄電池》GB/T 36972-2018只是一個推薦性標準。“有些企業(yè)有選擇性執(zhí)行部分標準中的標準項目，僅規(guī)定能通過檢測的項目。或者制定企業(yè)標準，回避執(zhí)行標準中較嚴格項目。” 標準中有“過充電”的要求，即拆掉電池保護裝置后，對已經(jīng)充滿電的電池，進行90分鐘的過充。按照標準，電池過充后，不能爆炸、起火。充電之后將保護裝置裝好，電池還能正常使用。“但據(jù)我所知，有機構(gòu)進行測試后，部分產(chǎn)品在檢測中直接起火或者爆炸了。”
電池管理系統(tǒng)與充電器
電池管理系統(tǒng)（BMS）是守護電池安全的重要防線。這是一種含有芯片的電子電路，又稱電池的保護線路或保護板。BMS的引線與電池的引線相連，起到管理電池的作用。電動車BMS通常安裝在一組電池的端部，外面再封裝外殼。馬貴龍解釋說，BMS有三重作用：一是監(jiān)測每一節(jié)電池充放電時電壓高低、電流大小及電池組溫度。當(dāng)某一節(jié)電池充電滿時，BMS會調(diào)節(jié)電流從旁路通過，放電時，某一節(jié)電池單體電壓過低，則會通過調(diào)整使各電池單體放電電壓均衡。再者，當(dāng)檢測到電池組出現(xiàn)問題時，會切斷充電電流。BMS只在鋰電池中有，鉛酸電池因不易爆炸而不裝配BMS。
薛宇說，雖然沒有強制性規(guī)定，但出于安全性考慮，鋰電池均要配備BMS。現(xiàn)實中，電動自行車BMS的價格差異較大，便宜的幾塊錢，貴的十幾塊錢到二三十塊錢不等。相應(yīng)的，電動車BMS的功能、可靠性也有差別。質(zhì)量差的BMS可能形同虛設(shè)，什么作用都不起。
相比之下，電動汽車的BMS能做到更精確管理幾千節(jié)電池，其成本也相應(yīng)大大提高，價格在兩三萬元。薛宇說，電動車鋰電池出廠時，都有原裝配套的BMS，如果私自將電池改成高電壓、大容量，則可能重新更換的BMS與電池不配套，起不到保護作用。對于電動自行車來說，十幾塊錢的BMS已能起到有效保護作用，技術(shù)上沒有難度，只是成本的問題。
充電器也是重要一環(huán)。2016年前后，一名22歲的來京務(wù)工女孩將超威牌電動車鉛酸電池帶回家中充電。半夜，充電器因?qū)﹄姵剡^充發(fā)熱，發(fā)生短路，著火后，將女孩燒死。充電器生產(chǎn)商溜之大吉，超威被起訴至法院，馬貴龍作為專家證人出庭。此前幾年，馬貴龍已參與到《電動自行車用充電器技術(shù)要求》國標的編制中，在討論中，他強烈要求電動車鉛酸電池充電器廠家增加充電器防止熱失控的功能。這會給生產(chǎn)廠家增加幾元左右的成本，一度遭到個別廠家反對，但最終在大家的努力下，得以通過，相關(guān)規(guī)定被寫入文件。
但《電動自行車用充電器技術(shù)要求》GB/T 36944是推薦性標準。葉震濤說，這一標準發(fā)布后，只有少數(shù)企業(yè)執(zhí)行，2020年江蘇省市場監(jiān)督管理局抽查了50批次充電器，僅2家執(zhí)行這一推薦性國標；有的企業(yè)明示執(zhí)行企業(yè)標準或類似標準，其中部分安全性項目低于GB/T 36944標準。由于推薦性國標力度不夠，國家市場監(jiān)督管理總局國標委又立項了充電器強制性國家標準，由薛宇負責(zé)起草。9月28日下午，這一強制性國標進行了審定，預(yù)計今年底或明年初發(fā)布。
馬貴龍說，對于鋰電池充電器來說，最重要的是BMS和充電器間建立彼此開放協(xié)議，實現(xiàn)二者的通訊。BMS相當(dāng)于鋰電池和充電器之間的“中介”。就像醫(yī)生給病人開藥一樣，BMS通過對電池的監(jiān)測，要告訴充電器何種情形下，該如何給電池充電。一旦發(fā)現(xiàn)電池溫度過高，充電器要立即停止充電。鋰電池組中要裝有溫度傳感器，供BMS監(jiān)控。這是當(dāng)下解決鋰電池燃燒的唯一途徑，應(yīng)納入強制性國標。而市場上所謂某一品牌電池必須匹配某一廠家充電器，實際上只是商業(yè)利益的捆綁。
國內(nèi)電動兩輪車（包含輕摩、電摩、超標電動車）鉛酸電池充電器廠家呈現(xiàn)出明顯的生產(chǎn)企業(yè)和地域的集中性。一級市場即整車廠充電器年銷量為2500萬只，其中南京西普爾、南京特能、浙江聚源三家共占其中的70％。以48V、20AH規(guī)格充電器為例，一級市場的充電器成本為25元左右。二級市場主要被安徽滁州天長市秦欄鎮(zhèn)的70多家企業(yè)所占據(jù)，市場份額占到二級市場的70％，充電器質(zhì)量較一級市場低，年銷售量在1億只左右，一只充電器成本為18元。鋰電池充電器主要以無錫三石、深圳麥迪瑞等廠家為主。相較鉛酸電池充電器，鋰電池充電器市場還處于起步階段，沒有什么大企業(yè)，眾多小廠還存在諸多生產(chǎn)不規(guī)范的情況。
《中國新聞周刊》在電商平臺上搜索，具有充滿自停功能的鋰電池充電器價格在60元上下，某品牌具備過熱、過充、過流保護的鋰電池充電器售價159元。葉震濤說，從監(jiān)督抽查數(shù)據(jù)分析看，網(wǎng)絡(luò)平臺不合格率居高，其中充電器不合格率高達80％。馬貴龍說，解決鋰電池充電安全問題，就要鋰電池、BMS、充電器三位一體考慮，要防止劣質(zhì)鋰電和充電器流入市場，否則，只能是隔靴搔癢。如果只是從電池組和充電器角度提升安全性，生產(chǎn)廠家增加的成本也就二三十元，“不會超過50元，消費者增加的花費最多不會超過100元。”
不被重視的“草根產(chǎn)業(yè)”
新國標實行下，北京為超標車設(shè)立了三年過渡期。11月1日起，配置臨時黃牌的超標車將被淘汰，道路上通行的將都是“合規(guī)”的白牌車。國慶前，劉剛找到一家電動車店，將自己的雅迪電動車以舊換新200元賣掉，又花2500元買了一輛額定電壓72V的綠源電動車，并在店面維修人員的一番操作下，將原本出廠速度設(shè)定為25km/h的電動車改為了速度可達到50km/h，這在行內(nèi)稱為解除限速。而無論電機轉(zhuǎn)速多快，電動車儀表盤上顯示的速度仍沒有超過新國標25km/h的最高限定值。馬貴龍說，雖然絕大多數(shù)電動車火災(zāi)事故發(fā)生在充電時，但私自改裝高電壓、大容量的電池，也會帶來消防安全的隱患。高電壓為的是高速度，當(dāng)電動車以高速度行駛時，意味著放電電流會增大，電池溫度升高，會增加電池燃爆的可能性。負載過重也會產(chǎn)生大電流，而電動車行駛過程中爆燃的另一種較大可能性，是電池正負極發(fā)生短接。
陸金龍說，實際上，電動自行車鋰電池的要求應(yīng)比汽車級鋰電要求更高。“電動自行車的使用環(huán)境比汽車更惡劣，顛簸、負重、暴曬、嚴寒，汽車很少面臨這樣的情況，其電池及各種設(shè)備的安全性也更好些。”但與此同時，電動車使用人群經(jīng)濟能力有限，對價格也更敏感，“買汽車的不會在乎千把塊錢，電動自行車可能貴200元，消費者就接受不了了。”這也正是很多雜牌電動車電池有出路的重要原因。
馬貴龍說，當(dāng)下依照速度、重量將電動兩輪車劃分為電動自行車、電動輕便摩托車、電動摩托車，這只是交管部門一種便于管理的方式。新國標并沒有根本解決電動自行車的交通安全與消防安全這兩大問題。馬貴龍建議，應(yīng)將所有手把調(diào)速的兩輪車都列入機動車管理。一旦按機動車管理，電動車騎行速度依據(jù)路段來規(guī)定，這樣能更好地保障交通安全，同時，其生產(chǎn)與銷售的管理也能向機動車看齊。
至于外賣員所用車輛，應(yīng)制定專門標準，選定有資質(zhì)的電動車生產(chǎn)商，速度上作出相應(yīng)規(guī)范，電池能滿足外賣員送餐的職業(yè)需求，由外賣小哥自帶車加盟改為企業(yè)統(tǒng)一采購車輛。這樣外賣用車可以由無序轉(zhuǎn)為規(guī)范。葉震濤說，外賣平臺還應(yīng)通過建立信息平臺，定期檢查，確保車輛安全性。
國外的電動自行車幾乎都來自于中國出口，且百分之七八十都采用鋰電池。但國外的電動自行車事故率并沒有國內(nèi)這么高。這是因為，一方面，電動自行車在國外多為電動助力車，速度多不會高于30km/h。另一方面，由于出口電動自行車價格較高，能賣到8000元~1萬元，廠家也有足夠的利潤空間采用質(zhì)量更好的配件。就比如，出口國外的電動自行車都安裝BMS，電池配組一致性也做得比較好。
馬貴龍說，目前國內(nèi)整個電動自行車行業(yè)發(fā)展仍處于低水平，電動車零部件的生產(chǎn)廠家基本都是個體戶。全國有上千家整車廠，做得好的只有幾十家。但若加強監(jiān)管，就意味著成本與價格的提升，可能導(dǎo)致其消費人群中的低收入者利益受損。這就涉及到政府的管理策略問題。
近年來，電動自行車行業(yè)蓬勃發(fā)展，但政府部門對電動汽車的重視程度要遠遠高于電動自行車。“至于電動自行車，就是一個草根產(chǎn)業(yè)，在政策方面也有一定的差異。”陸金龍說。馬貴龍認為，無論是占地面積、節(jié)能環(huán)保，還是實用性，電動自行車都比電動汽車有著無比的優(yōu)越性。但在很多地方政府看來，做鋰電池就是高科技，做汽車就是高技術(shù)，搞電動汽車更不得了。“至于電動自行車，大家都不大感興趣”。
（文中劉剛為化名）
