中國儲能網(wǎng)訊：2018年11月8日，以“新時代·破而立：前行中的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)折之路”為主題的“鋰想”2018第三屆動力電池應(yīng)用國際峰會(CBIS2018)在北京興基伯爾曼飯店開幕。中國汽車技術(shù)研究中心動力電池領(lǐng)域首席專家王芳在峰會上發(fā)表主題演講，以下為主題演講內(nèi)容。
中國汽車技術(shù)研究中心動力電池領(lǐng)域首席專家王芳：
我的報告，張秘書長給我之前交代任務(wù)了，提到從測試看電池的安全。我臨時把這個題目改成從測試電池的安全，前天我還在溫州跟大家分享，因為溫州開了一個電池國際標準的研討會，分享電池所有產(chǎn)品品質(zhì)的評價。為了今天能夠有一些新的想法，我昨天特地又重新做了一個PPT，把一些內(nèi)容希望從一個新的角度去解讀。
這個報告我沒有列一個目錄，因為整個內(nèi)容我覺得是整個一部分的內(nèi)容，從產(chǎn)品目前的性能狀態(tài)來看目前的安全水平。大家看一下我們目前測試性能的狀態(tài)，剛才從第一個報告，測試實驗室分享的數(shù)據(jù)，大家已經(jīng)有很清晰的認識了，我們現(xiàn)在電池產(chǎn)品的技術(shù)水平。因為我們做的是產(chǎn)品的評價，這個是法規(guī)的測試。這是2017年平均的能量密度，大概是在115瓦時/公斤左右。我們看一下截至到上個月，我們電池的能量密度數(shù)值，截至到上個月，我統(tǒng)計了一下我們2018年目前電池產(chǎn)品的能量密度的平均值已經(jīng)到了139瓦時/公斤?？上攵?，能夠拿到1.1以上補貼的百分比大概在61%以上，所以大家可以想到，優(yōu)秀率已經(jīng)超過了半數(shù)以上這樣一個狀態(tài)。
我們看從測試的數(shù)據(jù)看幾點，第一，磷酸鐵鋰的能量密度單體有一定的局限，但是由于幾個方面的原因，它本身的安全性比較好，第二，應(yīng)用場景目前大部分用于大巴車一些商用車領(lǐng)域，我們也做過統(tǒng)計，截至到上個月的目錄，乘用車領(lǐng)域300多款車型里面，94%是用了三元電池，剩下的6%是用其他類型的電池。我們可以看到三元用在乘用車領(lǐng)域，乘用車的設(shè)計本身對于電池PACK設(shè)計的要求就會遠遠高于客車的標準廂的設(shè)計，多方面的原因，使得PACK在成組率方面有不同的表現(xiàn)。但是從2017-2018年的成組率和能量密度可能有點超越了正常的發(fā)展規(guī)律的提升。我們再來看一下，其提升的可能性在哪里？首先看體系，這個是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)化的電池體系，它已經(jīng)進入到市場的產(chǎn)業(yè)化。剛才也有專家提到，按道理，我們現(xiàn)在應(yīng)該是在什么階段？333這樣一個狀態(tài)，622應(yīng)該是在中試的狀態(tài)，而811應(yīng)該處于研發(fā)的階段。但是實際上，我們可以看到能量密度快速的飛升，能量密度的范圍我們就知道，在現(xiàn)在甚至在未來很短的一個時間內(nèi)，尤其是很多人現(xiàn)在都在關(guān)心明年政策補貼的時候，目前的狀態(tài)是有可能電池已經(jīng)從532、333快步跳躍過622，跑步走進811的時代，這是可能的一個狀態(tài)。這是電芯的層面，我們可能關(guān)心什么？跑步進入的狀態(tài)它的產(chǎn)品可靠性、安全性和壽命需要驗證的周期夠不夠，這是希望大家想一想的問題。
剛才說到電芯層面，我們從技術(shù)的發(fā)展可能的選擇，電芯層面無限度盡量提高能量密度。第二個，我們看到系統(tǒng)剛才提到的，一個是電芯能量密度的提升，另外我們考慮系統(tǒng)能量密度提升還有哪一個？就是系統(tǒng)的集成。系統(tǒng)集成考慮的目前無外乎有兩種技術(shù)路線，一方面在有限的空間內(nèi)，我們能夠盡量有越來越多的電池；另外一個，我們所用的電池PACK的材料能夠盡量的輕、緊湊化和輕量化。緊湊化和輕量化其實也有一定的表現(xiàn)，第一個，我們在做短路、擠壓實驗的時候，就會發(fā)現(xiàn)有一些線速的排布，由于在有限空間范圍內(nèi)選擇很小，排布的科學(xué)性有待提高，這種情況下，有可能導(dǎo)致受到機械破壞的時候，容易引起高壓線速的打火，導(dǎo)致發(fā)生事故的可能性。另外，輕量化和緊湊化的另外一個舍棄，有可能這種冷卻方式選擇的取舍問題，可以看到其實電池在這幾年能量密度提升過程中，對冷卻方式的選擇還是有了一個前后的變化。比如，大家一開始會越來越重視液冷系統(tǒng)的選擇，到去年到今年，很多時候這種方式的舍棄還是明顯的可以看到的。近期來說，大家還是會越來越關(guān)心冷卻系統(tǒng)的選擇和改進，包括我們今天跟各位專家分享，專家們也提到，對于管理系統(tǒng)的重視，我想這是一個比較好的現(xiàn)象。
另外，我們換個角度看電池的安全，因為這是現(xiàn)在市場上的電動汽車，我統(tǒng)計了幾十起事故原因，從2011年到現(xiàn)在大概80多起的不完全統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，看到里面總體分為這樣幾大類，一大類就是充電，可能是在充電過程中，或者末期或者充完電的時候，所發(fā)生的一些事故。第二個就是機械的破壞。第三個是因為電池的部位的各種原因，有可能是單體，有可能是系統(tǒng)，各種原因?qū)е碌淖匀迹姵氐臒崾Э?。另外就是海水的浸泡，水的浸泡，由于IP等級的一些缺失，后面在測試的時候，其實剛才說到的產(chǎn)品的評價里面也可以看到，市場上這些車的表現(xiàn)可以看到它這幾個方面的一個缺失。
我想舉幾個例子，第一個例子不太恰當(dāng)，我們對事故進行分析，有些案例進行分析，其實充電出現(xiàn)的問題大部分并不是過充電的狀態(tài)。但實際上是充電末期或者是充電完畢，也有這樣一些狀態(tài)。但是我舉的這個例子，因為是過充電。因此我換了一個思路，安全保護的功能。更多提到了管理系統(tǒng)的作用。這個事故是在過程中，電池應(yīng)該在停止充電的時候，接著充電，一直到充電機強制停止，過充了60%的電，在這個過程中，電動汽車著火。我們在這個過程中進行了詳細的事故分析，知道充電是一個系統(tǒng)的綜合的工程?？赡軙婕暗胶芏鄠€方面，首先是電芯本身的抗過充的能力，第二個就是電池的BMS的通信功能，第三個就是充電機和電動汽車整車兩方的充電抗過充的充電設(shè)計，最后是車輛監(jiān)控中心和充電樁監(jiān)控中心對故障及時的監(jiān)控、響應(yīng)和處置。這個事故比較早了，應(yīng)該是在2016年的時候，現(xiàn)在國家對事故的監(jiān)控、對故障的監(jiān)控越來越完備，越來越重視，整個系統(tǒng)的安全工程會越來越完備。
下一步，大家會越來越關(guān)心什么呢？充電過程中的安全，我們相關(guān)的標準也在制定。這是充電兼容性的標準，里面也涉及到安全的問題。截止到目前，測了一千多輛車的充電兼容性，在這里面也會看到一些充電過程中發(fā)生的安全問題。下一步，充電安全相關(guān)的標準正在制定，將與電池的管理和通訊密切相關(guān)。
第二個，剛才提到的整車，提到第二個出事故比較高的就是機械。機械方面，它更多是因為碰撞，但實際上，能反映出電池的機械可靠性和安全性的測試項目，就是振動?，F(xiàn)在國家提到的振動頻率，大家認為它的強度過高，現(xiàn)在提出了修改變成了三個小時的振動，這個振動是非常低的。我們根據(jù)這個振動的實際路譜，采集了20多輛車，制定了新的振動的曲線。這個曲線現(xiàn)在也已經(jīng)寫進了強制性標準，該標準馬上會進入公示的階段。可以比較一下這幾個標準振動的強度，JB的強度是處于中等的柔和切合電動汽車運行實際狀態(tài)的數(shù)值，我希望企業(yè)不要按照修改單去修改振動強度，至少應(yīng)該按照JB新的標準對自己的產(chǎn)品進行考核。
我們在考核的時候發(fā)現(xiàn)振動出現(xiàn)問題的主要狀況，包括外部車體的破裂，包括里面絕緣層的破裂、連接線的破裂。企業(yè)在開發(fā)過程中，會更重視振動，除了振動強度外，還包括它跟整車連接自身的共振頻率的破壞。在測試的時候，我們發(fā)現(xiàn)主要的破裂點是連接的這個位置，特別是它跟整車連接的一些位置。
第三個就是熱，剛才說到熱失控是車輛事故里面百分比最高的一部分?，F(xiàn)在也受到大家越來越多的關(guān)注，剛才很多專家提到熱管理的設(shè)計、熱失控的分析。我們也在做評價，我們從評價當(dāng)中來看電池的熱安全，首先從頭開始看。材料的熱特性，到電池本身處于什么樣的熱安全的等級，在這個基礎(chǔ)上，我們在BMS方面要有一個系統(tǒng)的熱管理的設(shè)計。這樣的話，才能有一個有用的電池PACK。
我后面正好從這幾個等級來給大家匯報一些我們的看法。材料到電池層級，我們一方面要關(guān)心的應(yīng)該是熱穩(wěn)定性，包括熱失控特性等狀態(tài)，我們在追究更深層的原因，包括電池的安全，特別是在電池反應(yīng)過程中，導(dǎo)致了電池在安全性能上的一些表現(xiàn)差異。我們今年開始用原位無損的方法去分析在這個過程中結(jié)構(gòu)，AC膜的變化等等狀態(tài)的變化，對安全帶來的一些挑戰(zhàn)。可能要結(jié)合過程中在無損測試以后，最終衰減以后，進行拆解，對它進行電極和材料層面的逆向解析的分析，看材料和電池之間的安全性的衰變和性能衰變的過程。
剛才提到的從材料到電池再到BMS，BMS要實現(xiàn)的管理有很多種，包括電的管理、安全健康的管理、熱管理。熱管理作為一部分，簡單來說就是四位一體的評價，因為我們做的更多的是對性能的一個評價?，F(xiàn)在對于BMS的評價來說，已經(jīng)上升到一個非常重要的位置。包括均衡、熱管理和相關(guān)算法以及電子兼容以及功能安全的評價，最重要的是熱管理的評價，熱管理技術(shù)的發(fā)展。我們在做測試的時候也看到，很多的企業(yè)要求我們幫他做研發(fā)性的測試評價，幫助他來設(shè)計一款很好的熱管理系統(tǒng)。首先從源頭做起，分析電池在不同的SOC狀態(tài)下，不同的功率，不同的溫度特性下，它的產(chǎn)熱特性、產(chǎn)熱功率，產(chǎn)熱方式和發(fā)熱量等等，再看它在不同的狀態(tài)下的熱失控的特性，以及熱傳播傳遞到另外一個電池的傳播途徑，這樣參數(shù)都詳細了解了，才能有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作出一款比較好的熱管理系統(tǒng)。電池做成系統(tǒng)以后，我們在新的JB標準里面提出了對整個系統(tǒng)的安全性的評價?，F(xiàn)在想符合電池安全性的設(shè)計要求，必須能夠滿足什么？在發(fā)生電池安全事故的時候，能夠滿足逃生的要求。在這里面第一點要有事故的報警信號，這個報警信號必須是熱事故報警，對管理系統(tǒng)又提出了一個新的要求。除了溫度報警以外，還要有熱事故報警，這個熱事故報警是什么意思呢？只要報警信號一發(fā)出，意味著在未來五分鐘或者更長的時間內(nèi)，一定會有熱事故發(fā)生，所以這個報警信號是不同于過溫信號的。這里面要求單體有可能發(fā)生這種熱失控的狀態(tài)下，因為電池發(fā)生安全的可能性永遠存在。我們只是作為技術(shù)人員希望能夠把這種可能性降到最低，如果一旦發(fā)生了以后怎么辦？我們就希望發(fā)生了以后，能夠在特定的情況下，能夠及時給出事故信號。如果給不出這個信號，是不行的。給出了信號以后，五分鐘內(nèi)起火的話也是不行的，只有在發(fā)生五分鐘以后不會起火，不會報警，或者能夠五分鐘之內(nèi)給乘員足夠的逃生時間，才認為它是合適的安全的設(shè)計。
我剛才提到幾個方面的問題，包括熱電結(jié)構(gòu)等等，都起到了共同的東西，熱電池管理系統(tǒng)，電池管理系統(tǒng)在電池安全里面扮演越來越重要的角色，我們電池管理系統(tǒng)現(xiàn)在的標準越來越成為一個單獨的體系。這是目前已經(jīng)有的管理系統(tǒng)相關(guān)的一些國家標準，正在做的幾個管理標準，包括團體的熱管理系統(tǒng)的性能測試方法，也是我正在起草的。下周五我們要討論JBT電池管理系統(tǒng)的技術(shù)條件，下周五討論完以后，馬上形成報批稿，大家還是要重視這幾個標準，也希望能夠多提出一些建議，能夠給出管理系統(tǒng)未來的安全性要求，能夠有一個很好的考量。
最后就是一個簡單的小結(jié)，還是要從測試來說，我們現(xiàn)在給企業(yè)做這樣一些測試性的評價。我記得我在吳老師那兒讀博士的時候，吳老師跟我提到靜態(tài)一致性和動態(tài)一致性，我當(dāng)時做了這樣一些分析。我們幫企業(yè)做的更多就是靜態(tài)一致性的測試，靜態(tài)一致性的測試對電池的出廠一致性進行詳細的評估，得到一致性的狀態(tài)，能更好的讓電池在使用的時候進行動態(tài)一致性的管理。
我想說的小結(jié)也是今天會議的一個總結(jié)，大家今天談了很多電池的性能、安全、后補貼時代的這樣一些應(yīng)對措施，特別是后補貼時代大家提到了好幾次這樣一個概念。我想在這里稍微引申一下，剛才說到的很多問題，歸根到底是表現(xiàn)在我們的電芯的品質(zhì)控制的層面。先從電芯來說，實際上我們在做一致性評價的時候，還是會發(fā)現(xiàn)雖然能量密度能夠做的很高，但是在產(chǎn)品的一致性控制方面可能企業(yè)還是會有一段路要走，還是需要做更多的功夫來去提升。我也在一些企業(yè)看過，包括我每次去看的時候都會問一句話，你們的CPK值是多少，我想我們在至少目前來說，咱們國內(nèi)的電芯企業(yè)的CPK值控制基本還是以1.33為一個基準，1.67為一個天花板的。甚至有些企業(yè)現(xiàn)在還在努力達到1.33，我想這個可能與國際上一些企業(yè)相比的話，還是有很多事情要做。因為你的品質(zhì)控制決定了后補貼時代，在市場這種競爭下，你的產(chǎn)品性能、安全、壽命和成本是否能夠與別人去競爭，與別人去抗衡，這個是非常非常重要的一塊。
第二個總結(jié)，安全是一個系統(tǒng)的工程，從材料到電池到PACK，可能我們每一個部分都有各自要做的事情，每一部分都要有一定最基本的安全要求。作為一個聯(lián)合的體系去共同協(xié)作，才能作出一個比較好的相對安全的電池系統(tǒng)，去用于整車上。并不是把某一部分的安全壓力都集中在某一個環(huán)節(jié)上，它應(yīng)該是一個系統(tǒng)的工程。
（根據(jù)嘉賓現(xiàn)場演講整理，未經(jīng)本人審閱）
