中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2018年11月8日，以“新時(shí)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(dòng)力電池應(yīng)用國際峰會(huì)(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(dòng)力電池領(lǐng)域首席專家王芳在峰會(huì)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(dòng)力電池領(lǐng)域首席專家王芳：
我的報(bào)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(shí)把這個(gè)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?yàn)闇刂蓍_了一個(gè)電池國際標(biāo)準(zhǔn)的研討會(huì)，分享電池所有產(chǎn)品品質(zhì)的評價(jià)。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(gè)PPT，把一些內(nèi)容希望從一個(gè)新的角度去解讀。
這個(gè)報(bào)告我沒有列一個(gè)目錄，因?yàn)檎麄€(gè)內(nèi)容我覺得是整個(gè)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(gè)報(bào)告，測試實(shí)驗(yàn)室分享的數(shù)據(jù)，大家已經(jīng)有很清晰的認(rèn)識了，我們現(xiàn)在電池產(chǎn)品的技術(shù)水平。因?yàn)槲覀冏龅氖钱a(chǎn)品的評價(jià)，這個(gè)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(shí)/公斤左右。我們看一下截至到上個(gè)月，我們電池的能量密度數(shù)值，截至到上個(gè)月，我統(tǒng)計(jì)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(shí)/公斤?？上攵軌蚰玫?.1以上補(bǔ)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(gè)狀態(tài)。
我們看從測試的數(shù)據(jù)看幾點(diǎn)，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(gè)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(jì)，截至到上個(gè)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(jì)本身對于電池PACK設(shè)計(jì)的要求就會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于客車的標(biāo)準(zhǔn)廂的設(shè)計(jì)，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(diǎn)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(gè)是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)化的電池體系，它已經(jīng)進(jìn)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(gè)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(shí)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(gè)時(shí)間內(nèi)，尤其是很多人現(xiàn)在都在關(guān)心明年政策補(bǔ)貼的時(shí)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(jìn)811的時(shí)代，這是可能的一個(gè)狀態(tài)。這是電芯的層面，我們可能關(guān)心什么？跑步進(jìn)入的狀態(tài)它的產(chǎn)品可靠性、安全性和壽命需要驗(yàn)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(gè)，我們看到系統(tǒng)剛才提到的，一個(gè)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(gè)？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(gè)，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(shí)也有一定的表現(xiàn)，第一個(gè)，我們在做短路、擠壓實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，就會(huì)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(jī)械破壞的時(shí)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(gè)舍棄，有可能這種冷卻方式選擇的取舍問題，可以看到其實(shí)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(gè)前后的變化。比如，大家一開始會(huì)越來越重視液冷系統(tǒng)的選擇，到去年到今年，很多時(shí)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(huì)越來越關(guān)心冷卻系統(tǒng)的選擇和改進(jìn)，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(gè)比較好的現(xiàn)象。
另外，我們換個(gè)角度看電池的安全，因?yàn)檫@是現(xiàn)在市場上的電動(dòng)汽車，我統(tǒng)計(jì)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(jì)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(shí)候，所發(fā)生的一些事故。第二個(gè)就是機(jī)械的破壞。第三個(gè)是因?yàn)殡姵氐牟课坏母鞣N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(shí)候，其實(shí)剛才說到的產(chǎn)品的評價(jià)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(gè)方面的一個(gè)缺失。
我想舉幾個(gè)例子，第一個(gè)例子不太恰當(dāng)，我們對事故進(jìn)行分析，有些案例進(jìn)行分析，其實(shí)充電出現(xiàn)的問題大部分并不是過充電的狀態(tài)。但實(shí)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(gè)例子，因?yàn)槭沁^充電。因此我換了一個(gè)思路，安全保護(hù)的功能。更多提到了管理系統(tǒng)的作用。這個(gè)事故是在過程中，電池應(yīng)該在停止充電的時(shí)候，接著充電，一直到充電機(jī)強(qiáng)制停止，過充了60%的電，在這個(gè)過程中，電動(dòng)汽車著火。我們在這個(gè)過程中進(jìn)行了詳細(xì)的事故分析，知道充電是一個(gè)系統(tǒng)的綜合的工程?？赡軙?huì)涉及到很多個(gè)方面，首先是電芯本身的抗過充的能力，第二個(gè)就是電池的BMS的通信功能，第三個(gè)就是充電機(jī)和電動(dòng)汽車整車兩方的充電抗過充的充電設(shè)計(jì)，最后是車輛監(jiān)控中心和充電樁監(jiān)控中心對故障及時(shí)的監(jiān)控、響應(yīng)和處置。這個(gè)事故比較早了，應(yīng)該是在2016年的時(shí)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(gè)系統(tǒng)的安全工程會(huì)越來越完備。
下一步，大家會(huì)越來越關(guān)心什么呢？充電過程中的安全，我們相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也在制定。這是充電兼容性的標(biāo)準(zhǔn)，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(huì)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(biāo)準(zhǔn)正在制定，將與電池的管理和通訊密切相關(guān)。
第二個(gè)，剛才提到的整車，提到第二個(gè)出事故比較高的就是機(jī)械。機(jī)械方面，它更多是因?yàn)榕鲎?，但?shí)際上，能反映出電池的機(jī)械可靠性和安全性的測試項(xiàng)目，就是振動(dòng)?，F(xiàn)在國家提到的振動(dòng)頻率，大家認(rèn)為它的強(qiáng)度過高，現(xiàn)在提出了修改變成了三個(gè)小時(shí)的振動(dòng)，這個(gè)振動(dòng)是非常低的。我們根據(jù)這個(gè)振動(dòng)的實(shí)際路譜，采集了20多輛車，制定了新的振動(dòng)的曲線。這個(gè)曲線現(xiàn)在也已經(jīng)寫進(jìn)了強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)馬上會(huì)進(jìn)入公示的階段?？梢员容^一下這幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)的強(qiáng)度，JB的強(qiáng)度是處于中等的柔和切合電動(dòng)汽車運(yùn)行實(shí)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(dòng)強(qiáng)度，至少應(yīng)該按照J(rèn)B新的標(biāo)準(zhǔn)對自己的產(chǎn)品進(jìn)行考核。
我們在考核的時(shí)候發(fā)現(xiàn)振動(dòng)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(huì)更重視振動(dòng)，除了振動(dòng)強(qiáng)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(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)主要的破裂點(diǎn)是連接的這個(gè)位置，特別是它跟整車連接的一些位置。
第三個(gè)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。現(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(jì)、熱失控的分析。我們也在做評價(jià)，我們從評價(jià)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(gè)基礎(chǔ)上，我們在BMS方面要有一個(gè)系統(tǒng)的熱管理的設(shè)計(jì)。這樣的話，才能有一個(gè)有用的電池PACK。
我后面正好從這幾個(gè)等級來給大家匯報(bào)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(gè)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)?？赡芤Y(jié)合過程中在無損測試以后，最終衰減以后，進(jìn)行拆解，對它進(jìn)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(shí)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(jià)，因?yàn)槲覀冏龅母嗟氖菍π阅艿囊粋€(gè)評價(jià)。現(xiàn)在對于BMS的評價(jià)來說，已經(jīng)上升到一個(gè)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(jià)，最重要的是熱管理的評價(jià)，熱管理技術(shù)的發(fā)展。我們在做測試的時(shí)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(jià)，幫助他來設(shè)計(jì)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(gè)電池的傳播途徑，這樣參數(shù)都詳細(xì)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(biāo)準(zhǔn)里面提出了對整個(gè)系統(tǒng)的安全性的評價(jià)。現(xiàn)在想符合電池安全性的設(shè)計(jì)要求，必須能夠滿足什么？在發(fā)生電池安全事故的時(shí)候，能夠滿足逃生的要求。在這里面第一點(diǎn)要有事故的報(bào)警信號，這個(gè)報(bào)警信號必須是熱事故報(bào)警，對管理系統(tǒng)又提出了一個(gè)新的要求。除了溫度報(bào)警以外，還要有熱事故報(bào)警，這個(gè)熱事故報(bào)警是什么意思呢？只要報(bào)警信號一發(fā)出，意味著在未來五分鐘或者更長的時(shí)間內(nèi)，一定會(huì)有熱事故發(fā)生，所以這個(gè)報(bào)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?yàn)殡姵匕l(fā)生安全的可能性永遠(yuǎn)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(shí)給出事故信號。如果給不出這個(gè)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(huì)起火，不會(huì)報(bào)警，或者能夠五分鐘之內(nèi)給乘員足夠的逃生時(shí)間，才認(rèn)為它是合適的安全的設(shè)計(jì)。
我剛才提到幾個(gè)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(biāo)準(zhǔn)越來越成為一個(gè)單獨(dú)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(biāo)準(zhǔn)，正在做的幾個(gè)管理標(biāo)準(zhǔn)，包括團(tuán)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(bào)批稿，大家還是要重視這幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，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(gè)很好的考量。
最后就是一個(gè)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(jià)。我記得我在吳老師那兒讀博士的時(shí)候，吳老師跟我提到靜態(tài)一致性和動(dòng)態(tài)一致性，我當(dāng)時(shí)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(jìn)行詳細(xì)的評估，得到一致性的狀態(tài)，能更好的讓電池在使用的時(shí)候進(jìn)行動(dòng)態(tài)一致性的管理。
我想說的小結(jié)也是今天會(huì)議的一個(gè)總結(jié)，大家今天談了很多電池的性能、安全、后補(bǔ)貼時(shí)代的這樣一些應(yīng)對措施，特別是后補(bǔ)貼時(shí)代大家提到了好幾次這樣一個(gè)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(shí)際上我們在做一致性評價(jià)的時(shí)候，還是會(huì)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(huì)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(shí)候都會(huì)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(gè)基準(zhǔn)，1.67為一個(gè)天花板的。甚至有些企業(yè)現(xiàn)在還在努力達(dá)到1.33，我想這個(gè)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?yàn)槟愕钠焚|(zhì)控制決定了后補(bǔ)貼時(shí)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(gè)是非常非常重要的一塊。
第二個(gè)總結(jié)，安全是一個(gè)系統(tǒng)的工程，從材料到電池到PACK，可能我們每一個(gè)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(gè)聯(lián)合的體系去共同協(xié)作，才能作出一個(gè)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(gè)環(huán)節(jié)上，它應(yīng)該是一個(gè)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）
