中國儲能網(wǎng)訊：當前，電動汽車已經(jīng)成為全球汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向，動力電池的進步成就了今天的電動汽車，也決定著未來電動汽車市場化的步伐。如何推動動力電池與其他環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)配合將直接影響動力電池，乃至新能源汽車的下一步發(fā)展前景。為推動產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展，6月27日，由青海省人民政府、工業(yè)和信息化部、科學(xué)技術(shù)部、中國電動汽車百人會主辦的“中國（青海）鋰產(chǎn)業(yè)與動力電池國際高峰論壇”在青海省西寧市召開。
大會由青海省人民政府副秘書長郭臻先主持論壇，青海省副省長、省國資委主任王黎明為論壇致辭，中國電動汽車百人會理事長陳清泰、中國電動汽車百人會秘書長兼首席專家張永偉、中國電動汽車百人會副秘書長劉小詩、北京汽車集團有限公司總經(jīng)理張夕勇、寧德時代新能源科技股份有限公司副董事長黃世霖、浙江電咖汽車科技有限公司董事長張海亮、北大先行科技產(chǎn)業(yè)有限公司總裁高原、韓國SK集團電池事業(yè)部本部長Kang Sanghoom等嘉賓發(fā)表了精彩的演講。
以下為中國汽車技術(shù)研究中心首席專家王芳發(fā)言實錄：
我的報告開門見山，因為我自己做測試評價也做了十幾年，中間材料的測試、電池的測試，包括整車的測試也分別做了比較多的內(nèi)容，集中點還是在電池上面，所以今天也是應(yīng)主辦方的要求，我的題目主要是集中于“動力電池的測試評價與標準化”。
我報告的內(nèi)容主要會涉及到測試評價的內(nèi)容，也會涉及到現(xiàn)行的標準和未來的標準和評價的走向問題。首先說一下為什么，其實我們做測試評價的時候考慮的出發(fā)點還是會從最終終端的用戶、終端車的要求出發(fā)，我們來看整車對性能有哪些要求呢？第一會提到的續(xù)航里程，第二個加速的性能，包括加速的時間、最高加速度。第三個包括用戶使用安全，當然安全其實是第一位的，安全是根本，還有經(jīng)濟性，包括能耗、排放等等這樣的一些性能，和使用的便捷性，這塊主要是充電的兼容和充電的安全這一塊。全氣候的使用條件，就是說對環(huán)境的適應(yīng)性，最終就是環(huán)境友好，真正的是能夠節(jié)能環(huán)保的這樣的一個特性能不能體現(xiàn)出來。所以與這個相對應(yīng)的，我們對于電池的測試評價來說就會關(guān)注到相對應(yīng)的特性，比如說跟續(xù)航相關(guān)的能量密度，與加速性能相關(guān)的功率特性，與安全相關(guān)的當然是重點，也是今天我講的重點。經(jīng)濟性方面，跟它的循環(huán)壽命、日夜壽命以及性價比都會有關(guān)系。充電的特性包括快速充電的這樣一些特性，還有寬溫度范圍內(nèi)的性能，對應(yīng)的高溫、高濕、高寒這樣的使用條件，最后就是它的循環(huán)利用、梯次利用和回收這樣環(huán)節(jié)的考慮。這些都是我們對于電池評價和標準化方面會要關(guān)注的幾個方面。
第一部分，現(xiàn)行的標準體系。
這是目前我國跟動力電池相關(guān)的國家標準和行業(yè)標準，重點標準都在這兒。里面重中之重目前相關(guān)的就是這幾個紅色框架里面電池單體到模塊、到系統(tǒng)的標準，這是現(xiàn)行的，電池要上公告、上車需要測試標準。除此之外有一個熱點大家可能也注意到，最近的回收利用，它的互操作性、互換性也是大家關(guān)注的重點。另外大家要注意到現(xiàn)在的前兩天剛剛網(wǎng)上公布的GBXXXX，電池的強制性標準，沒有TLGB、電池的安全性標準，這個標準現(xiàn)在已經(jīng)報批，我一會兒會給大家介紹一下，這個標準的抽查以后會自動替代掉4685和467.3，會成為安全強制要求標準，因為它是一個強標，GB的標準。
我們逐一看一下，其實目前相應(yīng)的，我剛才說到了這幾個標準都是在產(chǎn)品的準入、行業(yè)的規(guī)范條件、相關(guān)方面都要求測試的標準，除了剛才說到的幾個標準以外，大家還要關(guān)注的是最后面的那兩列，就是跟補貼相關(guān)的，一個是電池的能量密度的測試，這個是比較重要的額外的測試，還有一個就是電動客車的安全條件，對于客車來說，除了一般的電池要求之外，在那個技術(shù)條件之外又增加了額外的對電池的要求。下面根據(jù)我們測試的結(jié)果想跟大家逐一地分享一些信息，為什么說信息呢？我不想說做太多的主觀的評價，但是我想大家從這些信息里面應(yīng)該能夠得到一些我潛在的評價內(nèi)容。
首先第一個是大家關(guān)心得非常非常多的能量密度和成組率的問題，其實我們看一下能量密度表，這是我統(tǒng)計的、我檢測的，我這個檢測中心在這幾年測試的系統(tǒng)的能量密度的這樣一個變化，從2015年平均的90.5Wh/Kg到今年的上半年138Wh/Kg，能夠看到這樣的一個迅速增長的趨勢，尤其是從2016、2017、2018這三年的變化，大家可以看到，這是檢測的數(shù)據(jù)，但是我對車的許可證，我也對現(xiàn)行市面上銷售的車的能量密度也進行了統(tǒng)計，今年上半年前一季度銷售的車的能量密度基本上數(shù)量是在118Wh/Kg，也就是說今年測試的電池大概會在第二、第三、第四季度陸陸續(xù)續(xù)大家會看到銷售的車的能量密度會是38Wh/Kg，會是這樣的一個狀態(tài)。
我們再看一下成組率，從2016年的0.63到去年的0.67，再到今年的0.74，增長率也是非常高的。我們再看一下把成組率再剖析一下，這是去年我統(tǒng)計了145款的數(shù)量，里面這是單體的，這是系統(tǒng)的，他們都有一一對應(yīng)的關(guān)系。我看單體的能量密度是173Wh/Kg，到系統(tǒng)是116Wh/Kg，這是成組率的來由，0.67，我是這樣測算的，細分一下這里面橙色的是三元的，藍色的是磷酸鐵鋰的，大家可以看到藍色明顯單體能量密度是在上面一個階層，大概在170到230之間，到系統(tǒng)的分布很有趣，基本重合了，這里面有這樣幾個訊息，首先看單體的磷酸鐵鋰是117，成組率的值是81.42%，最好的已經(jīng)超過了85%。三元是183到115.4，跟本身的密切性相關(guān)，磷酸鐵鋰本身的安全性比較好，所需要附加的成組的安全性的保障措施就會少很多，還有一個原因，當然那個原因我只能簡單說一下，因為其實我們統(tǒng)計過，去年的磷酸鐵鋰百分之百，基本上是大部分是用在大巴車上的，三元是用在乘用車上的。去年整個電池體系的分布，我在有一個報告上講過，今天沒有給大家展示，去年整體的市場分布是磷酸鐵鋰占了50%，三元占了42%-43%之間，所以這個比例大家可以看出來，本身大巴車對于Pack集成的技術(shù)要求原則上來說會低于乘用車的，所以這些綜合因素會影響到它的成組率，但是根本原因還是因為本身的安全性的差異。
我今天給大家展示的數(shù)據(jù)其實是標準測試以外，報告里不體現(xiàn)也不關(guān)心的內(nèi)容，但是還是想給大家展示一下，我們再看一下，不同體系之間的差異，方形軟包和圓柱，大家都問哪個體系好，哪個有發(fā)展前途，從我們測試的樣本量來說，它們的樣本分布基本是差不多的，方形居多一些。它們里面的特點，軟包和圓柱本身單體的能量密度相對來說比方形的做得更高一些，但是我們再看一下成組以后它這樣的一個表現(xiàn)，成組以后的能量密度的差異，我們再看一下成組率，可以看到方形的成組率是非常高的，相對來說目前是最高的，而軟包的次之，圓柱的最低，大家也知道，包括像特斯拉的電池，它雖然單體的能量密度非常高，到成組了也就是到50%，甚至一開始的時候都不到50%，但是現(xiàn)在相對要高一些。所以這幾個體系大家的判斷，因為今天時間很短，不太好展開講，其實還有很多，包括這種熱管理設(shè)計和系統(tǒng)集成方面的一些差異，我們有時間可以再深入地探討它們之間的優(yōu)缺點。
從能量密度再看成組的冷卻方式。我就是圍繞能量密度這一個事我就想展開看看后面的東西。成組的冷卻方式，這個是我們只統(tǒng)計了90幾款電池的系統(tǒng)參數(shù)，樣本數(shù)，一看里面86款是自然冷卻的，風(fēng)冷和液冷只有三款和七款，這是去年下半年的狀態(tài)。當然不是全部的，是挑選有代表性的。大家一看說風(fēng)冷的能量密度最高，但是實際上我沒有把結(jié)論寫在這兒，我認為這個結(jié)論是不對的，至少是不科學(xué)的，因為它的樣本數(shù)是不對等的。但實際上大家為什么選擇自然冷卻？很大的原因會受補貼政策的影響，在這種情況下實際上盡可能提高能量密度，所以原則上自然冷藏肯定是能量冷度是提高得最高的。實際深我們再看一下，我沒做對它的冷卻方法做太多的評價。我給大家看一下2016年的數(shù)據(jù)和2017年上半年的數(shù)據(jù)，再到2017年整年下半年的趨勢大家可以看到，從最初的本來，我是能看到的，2015到2016年液冷的數(shù)量是呈上升的趨勢的，但是從2016年底到2017年是下降的趨勢，大家越來越多地選擇自然冷卻。在這兒我只想說一個觀點，當然這是受政策的影響，但是對于整個乘用車的開發(fā)來說，我覺得大家還是要重視熱管理系統(tǒng)的設(shè)計，在這塊目前來說大家越來越重視，我也看到技術(shù)的提升。風(fēng)冷設(shè)計我本身并沒有太多的支持的觀點為什么呢？因為大家對于電池的這種傳熱方式，這種風(fēng)道的流體力學(xué)，整體來說我認為電池Pack的設(shè)計公司對于這方面的技術(shù)掌握還沒有那么高，所以它在那塊，如果用風(fēng)冷做得不好的話，反而使得電池的整個的一致性和這種不平衡衰減增大，所以在這種情況下選擇自然冷卻也是他們的一種方式，但是我還是建議大家要重視這種冷卻方式的選擇和熱管理的選擇。
剛才全部講的性能，但是從性能講出來它背后的東西，下面主要看安全，電池系統(tǒng)的安全現(xiàn)在有16項測試，包括機械的、環(huán)境的和電的測試，這個是前期2016年率，后來2017年我們增加了一個修改，大家認為振動太嚴苛了，修改以后，從21小時三個方向的隨機振動變成三個小時的正弦振動，機械安全的通過率就快速增長。我認為那個修改單我當時是同一了，也是由我提交的，但是我對那個修改單并不認同，因為正弦振動不是實際道路振動的形式，但是當時沒有太多的數(shù)據(jù)支撐，也沒有太多的積累，國際標準只有這個可參考，所以我們采用了這個，但是同時我們自己開展了研究，從實車的路譜采集出發(fā)，去采集到，我們用二十多輛車采集到這個數(shù)據(jù)以后，把不同路面進行數(shù)據(jù)的平行化處理和正規(guī)化處理，最終得到了這樣的一個譜圖，這個新的隨機的譜圖，這個譜圖已經(jīng)寫進GB的標準里頭，剛才我說的新的通過審查的標準里頭。所以這個大家可以關(guān)注一下。也就是說現(xiàn)在開發(fā)的產(chǎn)品你們不用等那個標準出來再按照這個做了，現(xiàn)在開發(fā)產(chǎn)品就應(yīng)該按照新的振動的隨機的譜圖去測試你們的樣品。
再說一下電動客車的安全條件，里面跟電池相關(guān)的是有一個有熱失控和熱擴散兩個測試，這兩個測試。我重點講一下熱失控，這個測試，我自己是從專家的角度持保留意見的，因為它是要求電池過充到120%再加上到300度，而且是最小的控制單元，也就是說如果你是三個電池并聯(lián)的話要求三個電池并聯(lián)都拿過來做測試，要求不起火、不爆炸，這個對于高比能的三元來說是非常非常大的挑戰(zhàn)，這也是為去年用的是磷酸鐵鋰，而且磷酸鐵鋰基本上是用在客車上的重要原因，這項測試是非常難通過的，我要告訴大家的信息，GB的標準通過審查，同期通過審查的還有兩個整車的標準，一個就是電動客車的安全條件，一個是整車的電安全，客車的安全條件里面我想告訴大家的是這項測試依然存在。
熱擴散的測試，熱擴散測試對電池系統(tǒng)來說我認為是有必要的，而且在全球法規(guī)上我們也把它作為提案提到了全球的法規(guī)，里面的測試規(guī)程也是由我們中國牽頭來起草的，由各國來一起討論。前期的方法是用針刺或者充電或者加熱的方式把一個電池搞著了，來看整個電池包的特性。我們實際上在做GB標準的時候，這項也寫進去了，但是在那個基礎(chǔ)上，因為有一些問題是什么呢？這些方法有沒有對等性？每一個方法的重現(xiàn)性如何？還沒有完全自己能夠佐證好。第二個問題，熱失控的條件是不是恰當也沒有得到最終的結(jié)論。另外一個就是這種方法加熱也好，過充也好，你是要給電池附加進去熱量的，這個熱量其實是破壞了電池本身的狀態(tài)，所以這個方法是否合理也是我們要研究的，還有一個就是最終的判據(jù)，到底多少分鐘算通過也是要求你跟這種消防的逃生時間是相關(guān)的，因為電動汽車安全是人員安全，就要求人逃生之前能夠不起火、不爆炸就可以，所以這些都是我們研究的內(nèi)容，研究到目前為止，我們認為加熱、針刺還是可以作為一個方法的，但是過充給去掉了，因為現(xiàn)在好多電池設(shè)計里面裝了防過充的設(shè)計，一過充就斷掉了，我們根本無法做這個實驗，熱失控的判據(jù)也做了調(diào)整，這是目前寫進GB標準的這樣一個提案，是這樣的。加了一個其他方式，這個是開口的，這個也就是說電池廠可以提供一個新的我們認為合理的方式來做，這個也是因為現(xiàn)在進入了第二階段，今年3月份剛開了第二階段的第一次會議，我們在未來的三年里這個是重要的工作，還會在未來三年內(nèi)把這個法規(guī)寫完，所以說現(xiàn)在給了一個開口的其他方式，也是希望全行業(yè)能夠參與進來積累數(shù)據(jù)，能夠把這個法規(guī)測試寫得合理化。
第二部分，綜合測評評價。
剛才講的都是法規(guī)的測試，但是實際上對于電池的評價來說我是這么理解的，因為電池是電化學(xué)的載體，它是一個動態(tài)變化的，我們可以看到綠色可以認為它的可用的領(lǐng)域，而黃色的是可控的，而外面是失控的狀態(tài)，我們希望無論是性能也好，安全也好，我們要考核的就是它在可用領(lǐng)域的這樣一些可用的評價，實際的不同的狀態(tài)下是怎么樣的一個狀態(tài)，包括當處于失控邊界的時候怎么認為它是可控的這樣一個可控評價，包括失控以后怎么進行消防救援的評價，這是未來一段時間么在評價方面、標準化方面還會繼續(xù)做的工作?？捎梅矫嬖u價，先看性能性，包括可用評價、倍率特性、能量密度。關(guān)于一致性我想多說兩句，這里提到了出廠一致性，在測試的角度我是拿到出廠的電池，而從電池的集成和使用來說也需要知道一致性，因為這是靜態(tài)的一致性，我們知道了這個以后，我們才能在電池后期使用的時候能夠把控好它的動態(tài)一致性，所以這個也是非常重要的。但是實際上想多說的是今天早上跟那些朋友們聊天也說到，其實在生產(chǎn)過程當中控制的重要性，也是現(xiàn)在大家很多人在問我們國內(nèi)的企業(yè)和國際企業(yè)的一些差距，或者是國內(nèi)的有一些企業(yè)之間的差距，我覺得最最要重視的就是SPC，就是過程控制，這個是非常重要的。當然，今天時間關(guān)系沒有給大家展示我們做一致性評價的案例。
然后是安全性和老化特性，這是在可用的范圍內(nèi)需要做的事。我重點會提到安全性，其實安全性這塊可用的評價我們相當于把它作為系統(tǒng)工程，從材料、到電池，到系統(tǒng)，材料本身的熱特性是需要全面掌握的。在這個基礎(chǔ)上要了解電池的安全的等級，肯定是有等級的，安全是相對的，不安全是絕對的，我們只是要把不安全的可能性無限趨近于零，這是我們要做的。在這個基礎(chǔ)上附加BMS的熱管理和均衡以及功能安全，最終我們能夠得到一個在很好的范圍內(nèi)可用的電池系統(tǒng)。這是我們想要做的一件事。
這里面重點的想提一下，希望大家能夠?qū)@方面非常重視的，就是動力電池的熱管理系統(tǒng)，在這里我們也幫企業(yè)做了很多事，其中電視的熱特性的評價，因為您要想做好一塊電池的熱管理，首先你要了解電池的熱特性，它隨著不同SOC準備下，不同的倍率特性，不同的溫度下，它的產(chǎn)熱功率是什么、特性是什么，發(fā)熱量是多少，其實這些都是有邊界的，我們測試找到了很好的邊界的暴露圖，也在一些SCI的期刊上發(fā)了一些文章。另外就是在了解它的基本特性以后，你要了解熱失控的邊界點是什么，這是你要控制的這樣一個邊界點。另外一個也要知道，它傳遞到另外一個電池，它臨近電池的這樣一個傳播路徑是什么，這是我們需要做的。
另外可控，剛才是可用，可控的評價是剛才我提到的全球法規(guī)，我們正在做的熱失控的測試，后面我們還會在這幾個方面去不同的觸發(fā)方式、熱失控的條件的摸索以及最終的安全的判定條件，什么樣子是通過，我們也跟消防部門聯(lián)合在做相應(yīng)的測試，這是前期跟消防演習(xí)做的一些內(nèi)容，后面還會接著做。
最后一個評價就是致災(zāi)危害評價，因為電池本身的這種不同體系電池燃燒的差異以及撲滅的困難性，所以對于后期的評價也顯得越來越重要，我們現(xiàn)在正在很快消防部門做這樣的一些事，對于電池的這種致災(zāi)里面的火災(zāi)的等級要進行評估，然后去給消防救援一個明確的指示。第二個要對它的過程中產(chǎn)煙和產(chǎn)毒氣在空間里的一些擴散，時間上的不同的擴散的這樣的一些等級也要進行評估。
第三部分，標準近期的動向。
剛才提到了一個是GB的標準，這個月已經(jīng)通過審查了，而且已經(jīng)提交，馬上把這個報批稿提交到相關(guān)部委，部委就會提給WTO，因為是GB標準，要通過WTO的，大概明年，我初步估計可能會在明年上半年能最終發(fā)布，大概是這樣的狀態(tài)。管理系統(tǒng)的標準現(xiàn)在正在做，我也希望大家能夠重視，前一階段因為重點做GB標準，把這個稍微擱置了一下，現(xiàn)在它被提上日程，對于電池SOX的估算評價會是一個重點，還有故障診斷的功能也會是重點。另外在做的標準是混合電源的技術(shù)，包括兩種不同的儲能裝置的評價也在做，已經(jīng)立項。還有一個重點的標準希望大家要重視的就是功能安全，我提到了電池管理系統(tǒng)，除了一個熱管理系統(tǒng)很重要以外，還有一個很重要的就是功能安全，不是功能，是功能安全。所以一定要實現(xiàn)功能安全，這個標準也已經(jīng)立項，大家看到電池管理系統(tǒng)的功能安全要求和實驗方法，這個也正在起草，我們有專門的功能安全的工作組在做這個事，基于26262體系來做的，所以大家要關(guān)注一下。規(guī)格尺寸不講了，前一段剛剛宣貫完，和編碼制度，這兩個跟回收利用有關(guān)的，我們剛剛宣貫完，希望大家能重視一下，因為這是這個階段正在用的標準，還有EVS-GTR的標準，熱擴散之外，我們也把振動中國的提案提到國際上，也會是未來三年的工作重點，我們還提了兩個，一個是海水浸泡，還有就是毒氣分析，這是第二階段未來全球內(nèi)全球法規(guī)關(guān)注的重點，里面絕大部分是由中方主導(dǎo)的，也希望我們?nèi)袠I(yè)能夠多參與，支持法規(guī)的工作，也是體現(xiàn)我們在全球上的話語權(quán)。今年9月份我們會開第二階段的第二次會議，應(yīng)該是在瑞典。
我們剛才把近期的標準都給大家介紹了，未來一段時間，包括換電、包括梯次利用是我們的重點，還固態(tài)電池以及電池模塊的規(guī)格尺寸的這樣一些標準。我們在這個國家標準的基礎(chǔ)上，因為大家知道現(xiàn)在國家標準的速度節(jié)奏會比較慢，而現(xiàn)在的團體標準比較活躍，我現(xiàn)在牽頭也在做一些團體標準，這幾個標準是這周后天我要開會立項的這些標準，包括熱管理的標準、模塊的規(guī)格尺寸以及日歷壽命的測試方法，以及跟回收相關(guān)的拆解分析方案，這是這一階段我們做的電池標準，等到成熟到一定階段的時候就會往國家標準推。
總結(jié)，其實也算是一個展望，因為今年我申請了一個國家的項目叫動力電池測試與評價，也得到了支持，給了四千多萬的國家經(jīng)費，我在這里面，我是這樣思考的，我認為目前從電池的材料到系統(tǒng)的評價里面還存在著這樣的一些問題，從材料的評價大家知道，對電池的評價、性能評價也知道，但是從材料到電池以及整個過程當中的反應(yīng)機制是不明確的，而這個就叫黑箱子測試，我們希望能夠打破這種微觀的模糊性去做一些工作。第二個就是電池的全生命周期存在的演化的復(fù)雜性，第三個是在實際的使用過程中，各種不的工況實際的使用存在的實際的工況的多變性。我針對這些方面我們要開展相關(guān)的研究的評價，最終希望能夠建立從材料到電池、到BMS、到系統(tǒng)，甚至到整車以及回收的梯次利用的這樣一個閉環(huán)的評價的體系。這個是在未來三年我要帶著我們團隊，我們?nèi)袠I(yè)的頂尖的力量一起來做的事，也希望大家能夠一起參與。因為我這個是一個共性的平臺的項目，從開始就給會大家相當于是一種公開的態(tài)度，也希望大家多參與進來，所以我覺得這個話題還未完待續(xù)，謝謝大家。
