2019年,全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)進(jìn)入深度變革的關(guān)鍵時(shí)期。汽車(chē)技術(shù)、市場(chǎng)、政策正在發(fā)生前所未有的變化,機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。在這個(gè)大背景下,2020年1月10日中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)召開(kāi)了以“把握形勢(shì)
聚焦轉(zhuǎn)型
引領(lǐng)創(chuàng)新”為主題的年度大型論壇。此次論壇將討論全球及中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)與市場(chǎng)發(fā)生的重大變革,轉(zhuǎn)型方向與路徑,中國(guó)有關(guān)汽車(chē)的政策走勢(shì)以及市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)階段的新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)、產(chǎn)業(yè)重組的機(jī)遇與競(jìng)爭(zhēng)合作模式、電動(dòng)汽車(chē)安全、核心技術(shù)突破、燃料電池汽車(chē)發(fā)展、自動(dòng)駕駛與智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)發(fā)展的頂層設(shè)計(jì)與規(guī)制創(chuàng)新等相關(guān)內(nèi)容。
會(huì)議上天津力神電池股份有限公司常務(wù)執(zhí)行副總裁司長(zhǎng)王念舉發(fā)表了演講,以下為演講實(shí)錄:
天津力神電池股份有限公司 常務(wù)執(zhí)行副總裁(主持全面工作) 王念舉
尊敬的各位領(lǐng)導(dǎo),各位專(zhuān)家,各位新能源行業(yè)的同仁,大家上午好!我叫王念舉,來(lái)自天津力神電池股份有限公司。很高興有機(jī)會(huì)跟大家一起分享一下我們對(duì)動(dòng)力電池安全一些理解。由于時(shí)間有限,只能從概念方面去講一下,如果有興趣,我們可以會(huì)下再交流。
我的報(bào)告分四部分:第一,動(dòng)力電池系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及安全性問(wèn)題;第二,動(dòng)力電池系統(tǒng)安全性技術(shù)研究現(xiàn)狀;第三,動(dòng)力電池系統(tǒng)安全性技術(shù)市場(chǎng)化發(fā)展需求;第四,應(yīng)用與總結(jié)。
都在講汽車(chē),特別是智能化汽車(chē),是人類(lèi)歷史上最后一個(gè)移動(dòng)終端。當(dāng)然,如果有一天我們能離開(kāi)地球,那是另外一個(gè)事情,我估計(jì)至少在座的各位享受不到。在宇宙飛船上或許非常精彩,但是也可能很枯燥的生活,我們就不用過(guò)多擔(dān)心了。至少目前可以達(dá)成一點(diǎn),未來(lái)汽車(chē)向電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化發(fā)展。剛才說(shuō)電池的安全,新能源汽車(chē)的安全,不是痛點(diǎn),應(yīng)該說(shuō)叫死穴;剩下的包括長(zhǎng)續(xù)航里程,當(dāng)然我們行業(yè)里專(zhuān)家很多都在說(shuō)代步工具,
200公里以?xún)?nèi)就夠了,實(shí)際上消費(fèi)者是不接受這個(gè)概念的。因此長(zhǎng)續(xù)航里程是痛點(diǎn),充電要快捷,還要滿(mǎn)足全天候的使用,不能說(shuō)在北方天氣冷的地方不能用,只是在某一些地方可以應(yīng)用,這肯定是有問(wèn)題,這樣的話(huà)對(duì)電力電池技術(shù)的要求,高安全、高比能量、快速充電,包括寬溫度范圍。
都在講現(xiàn)在的電動(dòng)汽車(chē)相當(dāng)于2000年以前的手機(jī),我把電動(dòng)汽車(chē)電池的系統(tǒng)比作2007年手機(jī)電池,2007年蘋(píng)果發(fā)布了第一款智能手機(jī),作為蘋(píng)果的手機(jī)電池的供應(yīng)商,我們有非常深刻的理解,有深刻的認(rèn)識(shí)。當(dāng)時(shí)正常的手機(jī)電池,3美金就算很高了,但是他們的電池要8美金、9美金。在電池管理系統(tǒng)上來(lái)講,他們做了好多工作,當(dāng)然目前成本是降下來(lái)了。對(duì)于電芯來(lái)講,相當(dāng)于2012年左右的手機(jī)電池的電芯。
2012年大家還在拼命的想提高續(xù)航,拼命在提高能量密度,把隔膜降得非常薄,甚至從9μ往7μ降,再往5μ降。目前來(lái)看,我們動(dòng)力電池用了10年的時(shí)間,相當(dāng)于手機(jī)電池走過(guò)了30年的時(shí)間,我相信動(dòng)力電池從能量密度來(lái)講,很快達(dá)到技術(shù)上的天花板。很多人說(shuō)固態(tài)電池,鋰空氣電池,還有半固態(tài)電池,包括跟索尼,跟同行競(jìng)爭(zhēng),我們知道半固態(tài)競(jìng)爭(zhēng)沒(méi)有戲。我認(rèn)為未來(lái)一段時(shí)間內(nèi),會(huì)有一些提升,但是質(zhì)的改變是不太可能的,并且我相信從能量密度來(lái)講,應(yīng)該很快會(huì)達(dá)到天花板。
從這幾點(diǎn)來(lái)看,安全如果處理不好,給我們新能源行業(yè)造成災(zāi)難性的后果,我們一直講提高能量密度,剛才我也說(shuō)了,從環(huán)保,從各方面來(lái)講,雖然說(shuō)不需要那么高的續(xù)航里程,但是從消費(fèi)者角度來(lái)講,追求能量密度,追求續(xù)航里程還是不變的要求,提高能量密度是我們的宿命,也是這個(gè)行業(yè)之所以難的一個(gè)主要原因。特別是新能源汽車(chē),目前我們的能量密度已經(jīng)非常高了,相當(dāng)于2012年、2013年的手機(jī)電池。最大的一個(gè)問(wèn)題是什么?為了追求成本,把電池的單體也做得非常大,甚至三元材料做到200安時(shí)左右,如果一旦失控,電池包會(huì)燒車(chē)。我們能做的只能是怎么去預(yù)防,怎么去減緩這個(gè)過(guò)程,給消費(fèi)者提供一些時(shí)間。
隨著近年來(lái)三元電池裝機(jī)量增加,目前的乘用車(chē)裝機(jī)量三元的應(yīng)該是80%以上,隨著能量密度提升,我們可以看出來(lái),安全性,2019年各種媒體的報(bào)告已經(jīng)有90多起,實(shí)際上比這個(gè)數(shù)還要高得多,剛才黃主任也說(shuō)了,具體多少,誰(shuí)也沒(méi)有辦法去統(tǒng)計(jì)。三元正極材料占比持續(xù)增加,動(dòng)力電池的安全形勢(shì)非常嚴(yán)峻。
動(dòng)力電池,或者新能源車(chē),一旦失控危害非常大,傳統(tǒng)車(chē)一年有3萬(wàn)起著火,幾百起的新能源車(chē)就引起這么大的反映,主要是這個(gè)原因造成的。從我們的理解,各種場(chǎng)景都有可能產(chǎn)生熱失控,經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì),靜置,充電,行使過(guò)程中,大概占30%左右,剩下的10%是在碰撞,進(jìn)水造成的。因此,如何保障動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)在全生命周期不同場(chǎng)景下的安全性研究,這是我們面臨的首要問(wèn)題。
從系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)講,我們講有六大關(guān)鍵技術(shù),包括BMS控制技術(shù)、熱管理技術(shù)、仿真分析以及測(cè)試驗(yàn)證的技術(shù)、輕量化技術(shù)、快充技術(shù)、還有熱安全技術(shù)。影響熱安全的主要是四點(diǎn),機(jī)電熱化,“機(jī)”是機(jī)械設(shè)計(jì),“電”是電子電氣的安全設(shè)計(jì),“熱”是分布不均勻,剛開(kāi)始一致性還行,隨著電池內(nèi)部的不均勻,越來(lái)越加大,到最后跟化學(xué)都是直接相關(guān)的。剛才王芳博士包括底盤(pán)撞擊,車(chē)撞擊完了,可能沒(méi)有什么事情,消費(fèi)者還可以開(kāi),但是過(guò)一天,或者半天之后著了,在撞擊過(guò)程中已經(jīng)擠到隔膜,造成了一些損害,但是當(dāng)時(shí)看不到,因此影響電池主要的是機(jī)電熱化這四部分。因此,我們做系統(tǒng)研究的時(shí)候,要針對(duì)機(jī)電熱化多維度、多層次的熱安全解決方案。
從動(dòng)力電池系統(tǒng)熱的安全技術(shù)上講,雖然撞擊,電氣,比如高壓、低壓、快充,這樣造成的都可能轉(zhuǎn)化到化學(xué)反應(yīng),造成新能源內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)。因此,電池的熱安全技術(shù)是非常非常關(guān)鍵的,主要集中在電芯。我們都知道燃燒的三要素,剛才黃主任也講了,氧氣、熱量、燃燒物,我們可以看一下,這是一個(gè)針刺,如果說(shuō)在這個(gè)過(guò)程中隔絕空氣,隔絕氧氣,對(duì)預(yù)防,或者是防止劇烈的熱失控還是有非常大的好處。當(dāng)然其他的這些,要完全避免,對(duì)于電芯來(lái)講失效是客觀存在的,只是概率大小的問(wèn)題。因此,我們可以做的只能是在這個(gè)過(guò)程中通過(guò)多元參量耦合探測(cè)技術(shù),SOH,SOE,SOF,包括內(nèi)阻的變化,去探測(cè)它。我們提前10分鐘、20分鐘,可以給洗車(chē)有非常明確的一個(gè)反饋信號(hào),這樣就可以避免,當(dāng)然了一旦熱失控,就沒(méi)有別的辦法,只能主動(dòng)或者被動(dòng)的去進(jìn)行消防,去進(jìn)行撲滅。
從電子電氣系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)來(lái)講,我們基于ISO26262的標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)選BMS,優(yōu)選ASIL-C/D安全芯片,硬件層面上采用適度的冗余設(shè)計(jì),建立故障容錯(cuò)機(jī)制,在軟件層面,采用AUTOSAR軟件架構(gòu),根據(jù)安全需求分解,制定全方位的安全診斷機(jī)制,采用多極故障報(bào)警處理恢復(fù)機(jī)制。
這是我們的路線(xiàn)圖,從電子電氣系統(tǒng)安全的特性來(lái)講,2020年我們側(cè)重于電芯安全以及高壓安全故障診斷,BMS系統(tǒng)功能安全ASIL-C/D(乘用車(chē)選C級(jí)),SOC/SOP全生命周期寬溫度范圍估算精度提升(原先是10%、后來(lái)是5%、今年我們要達(dá)到3%)。2021年是側(cè)重于電芯安全及高壓安全故障管理及預(yù)測(cè),智能能量管理、維護(hù)保養(yǎng)、預(yù)約管理,車(chē)聯(lián)網(wǎng)智能駕駛應(yīng)用,電池壽命周期耐久性管理。到2023年側(cè)重BMS及整車(chē)控制器的高度集成管理,BMS系統(tǒng)信息安全,云平臺(tái)大數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)修正,新型電池智能管理。
這是綜合動(dòng)力電池系統(tǒng)機(jī)-電-熱-化安全性設(shè)計(jì),這四個(gè)關(guān)鍵的符合特征參數(shù),SOC,SOH,SOE內(nèi)阻特征,建立動(dòng)力電池安全,研究嚴(yán)重性變化趨勢(shì)以及影響因素。
動(dòng)力電池系統(tǒng)安全,安全性標(biāo)準(zhǔn)目前國(guó)家有關(guān)單位,有關(guān)部門(mén),也都在制訂,系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)不斷完善,涵蓋了動(dòng)力電池的單體,電池系統(tǒng),電氣控制系統(tǒng),以及關(guān)鍵組件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),整體來(lái)講還是要側(cè)重于全生命周期的安全,特別是人身安全是最關(guān)鍵的,所有的標(biāo)準(zhǔn)制訂要以這個(gè)為基礎(chǔ)。
從動(dòng)力電池系統(tǒng)安全性能的市場(chǎng)化推廣應(yīng)用來(lái)講,建議從新能源車(chē),整車(chē)需求側(cè),動(dòng)力電池供應(yīng)側(cè)分別進(jìn)行,形成基于整車(chē)一體化的面向設(shè)計(jì)安全,制造安全,應(yīng)用安全,維護(hù)安全,以及回收利用,或者說(shuō)報(bào)廢安全的完整安全性的設(shè)計(jì)鏈。
應(yīng)用與總結(jié)。2018年到目前,總共乘用車(chē)是11萬(wàn)套,高鎳材料圓柱型21700是3萬(wàn)多套,到目前為止是零失效。方型三元電池裝機(jī)輛38550輛,到目前為止也沒(méi)有熱失控的事情發(fā)生。當(dāng)然,安全改善是一個(gè)持續(xù)過(guò)程,剛才講了從正向安全設(shè)計(jì)的同時(shí),反向分析也非常關(guān)鍵,特別是不同使用程度的電池,推移電池安全性的差異,從材料分析,從結(jié)構(gòu)與電路的分析進(jìn)行持續(xù)改善。
我的分享就到這里,謝謝大家!
|