中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：1月10-12日，2020中國電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇在釣魚臺(tái)國賓館隆重召開。本次論壇圍繞“把握形勢(shì) 聚焦轉(zhuǎn)型 引領(lǐng)創(chuàng)新”主題，邀請(qǐng)政府有關(guān)部門和汽車、能源、交通、城市、通訊等領(lǐng)域的行業(yè)機(jī)構(gòu)和領(lǐng)先企業(yè)代表，就行業(yè)、企業(yè)、政策的轉(zhuǎn)型與創(chuàng)新展開深度研討。以下是中國汽車技術(shù)研究中心首席專家，檢測(cè)認(rèn)證事業(yè)部副總工程師，王芳在本次論壇上的發(fā)言：
中國汽車技術(shù)研究中心首席專家 檢測(cè)認(rèn)證事業(yè)部副總工程師 王芳
尊敬的各位專家，各位同行：
大家上午好，我的報(bào)告題目是電動(dòng)汽車以及動(dòng)力電池的安全評(píng)價(jià)。剛才葉老師也介紹了，我想很多人很熟悉，我一直從事電動(dòng)汽車相關(guān)的測(cè)試評(píng)價(jià)與標(biāo)準(zhǔn)化的工作，同時(shí)也在和國內(nèi)的專家一起參與國際法規(guī)的制定。2018年開始我們國家專門成立了電動(dòng)汽車事故的專家調(diào)查組，我在里面從事相關(guān)的工作。今天這個(gè)內(nèi)容，主要想跟大家分享一下基于國際法規(guī)和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，從整車實(shí)際的應(yīng)用需求要求出發(fā)來看我們的電動(dòng)汽車和電池的安全評(píng)價(jià)，所以我更多的是講實(shí)際使用過程中我們應(yīng)該關(guān)注的安全問題。
我的工作有具體測(cè)試的內(nèi)容，是我?guī)ьI(lǐng)能源系統(tǒng)的測(cè)試團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)上做的，我跟大家分享兩方面：第一產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)的分析，我們想做詳細(xì)的精準(zhǔn)的測(cè)試必須先要了解測(cè)試對(duì)象的特點(diǎn)，截止到2019年的新能源汽車整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展整體向好的趨勢(shì)，隨著汽車的發(fā)展，動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度值也在逐年攀升，這個(gè)值是我們根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的結(jié)果統(tǒng)計(jì)的值，這是系統(tǒng)的能量密度從2015年到現(xiàn)在，我們把里面的內(nèi)容細(xì)細(xì)分拆，磷酸鐵鋰電池從比例的下降到現(xiàn)在的趨穩(wěn)，三元電池快速的攀升到現(xiàn)在也在趨穩(wěn)的狀態(tài)，我可以看到里面的特點(diǎn)，昨天領(lǐng)導(dǎo)給大家分享到在2019年整體的A級(jí)的車占了80%多，一方面大家對(duì)于高品質(zhì)的追求，另一方面大家對(duì)于適用于電動(dòng)汽車應(yīng)用場(chǎng)景的比較合理使用的場(chǎng)景的電動(dòng)汽車的開發(fā)的重視。
另外，2019年我們討論比較多的還有一個(gè)內(nèi)容就是大功率直流充電技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，我今天跟大家分享的除了大功率直流充電高電壓或者高電流的體系以外，更多的是想跟大家討論一下剛才黃部長提到的目前基于大電流的直流快充頻繁的快充可能帶來的安全話題，我把實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的電池結(jié)果再進(jìn)一步解析，大家可以看到發(fā)展的特點(diǎn)，從2016年到2019年，2017年補(bǔ)貼政策開始以后它的變化，系統(tǒng)能量密度滿足補(bǔ)貼里面的1.0檔或者0.9檔的比例，大家可以看到具體的數(shù)值。單里的能量密度值從2016到2019年的變化。
然后再看我們的測(cè)試。三元同樣也有這樣的特征，到了今年140Wh/kg以上的電池已經(jīng)達(dá)到了接近80%的比例，成組率從58.5提高到了69.1%。對(duì)于冷卻方式的變化做了這樣一個(gè)統(tǒng)計(jì)，從2017年到2019年，我們統(tǒng)計(jì)的數(shù)量不一樣，但是我們看到了里面的差異，液冷系統(tǒng)的關(guān)注度，跟前面能量密度的提升是密切相關(guān)的，隨著能量密度的提升三元電池對(duì)于液冷系統(tǒng)的要求必然提讓日程。我們可以看到2017年補(bǔ)貼的快速變化對(duì)能量密度的要求提上日程以后，大家從開始追隨的腳步到現(xiàn)在理性的回歸，大家更多的考慮到對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的追求，對(duì)于未來后補(bǔ)貼時(shí)代，我們能夠在市場(chǎng)上得到競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)注度，我想更多的提到日程上。
電動(dòng)汽車安全以及與之相關(guān)的電池安全的概念。整個(gè)電動(dòng)汽車的安全標(biāo)準(zhǔn)體系，傳統(tǒng)車有很多的安全，電動(dòng)汽車不能忽視低壓部分的安全性，但是對(duì)于新能源汽車的從業(yè)人員來說我們可能會(huì)把一些關(guān)注點(diǎn)更高的放在跟電池相關(guān)的高壓系統(tǒng)這塊，電動(dòng)汽車與之相關(guān)的高壓安全就會(huì)涉及到充電安全、碰撞安全、高壓安全、動(dòng)力電池本身安全以及緊急救援的安全。我參加事故的調(diào)研，根據(jù)我關(guān)注的焦點(diǎn)，我會(huì)關(guān)注產(chǎn)品的品質(zhì)和電池本身的品質(zhì)，我把原因是這樣分的，從2011-2019年樣本數(shù)里，熱失控?cái)U(kuò)散占了50%以上，另外兩個(gè)比較大的是充電和機(jī)械的破壞。
整車實(shí)際的使用過程中所涉及到的安全性，第一是充電安全，充電系統(tǒng)充電過程中會(huì)涉及到能源、車輛、充電的連接裝置、充電的設(shè)備以及供電網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，所以它是個(gè)非常復(fù)雜的整個(gè)跨產(chǎn)業(yè)鏈的系統(tǒng)，所以它的安全的失效模式就會(huì)涉及到多維度的全壽命周期的不同的使用環(huán)境下的，我總結(jié)為對(duì)充電安全有可能是電的安全的失效也可能是火的安全的失效，大家會(huì)關(guān)注這里邊的很多內(nèi)容，我從我們調(diào)查的事故里選兩個(gè)例子來給大家分享一下我們對(duì)這個(gè)的理解。
第一，過充電，因?yàn)檫^充電的失效，我們理解過充電的失效可能涵蓋的內(nèi)容包括車上所有的部件、電池的控制單元、整車的控制單元的失效帶來的隱患，當(dāng)然它也基于整車設(shè)計(jì)對(duì)于電池安全的解析是不是到位，這是一個(gè)系統(tǒng)的概念；第二是充電，我給大家分享兩個(gè)誘因，一個(gè)是一致性，剛才很多人提到車規(guī)級(jí)的概念，電池本身用在車上本來就應(yīng)該是一個(gè)車規(guī)級(jí)的產(chǎn)品，我覺得它不是一個(gè)新鮮的名詞，它應(yīng)該是大家都應(yīng)該達(dá)到的要求，一開始大家就應(yīng)該是統(tǒng)一的觀點(diǎn)，而不是新鮮的名詞。一開始對(duì)于產(chǎn)品的一致性的要求必須要達(dá)到一個(gè)水平，在車實(shí)際的使用過程中即使它有很好的一致性也會(huì)不斷的出現(xiàn)分裂，它的一致性會(huì)降低，這個(gè)過程中如果充電的策略不及時(shí)調(diào)整就有可能因?yàn)轭l繁的微小的在策略允許范圍內(nèi)的過充出現(xiàn)，這個(gè)會(huì)導(dǎo)致集中的事故的發(fā)生。
第二，充電策略與電池特性不匹配，現(xiàn)在的充電策略有這么多種，但是哪一種策略能夠符合你的電池的實(shí)際特性，需要大家做大量的評(píng)價(jià)工作，比如我要從它的全生命周期的溫度、容量、功率特性的衰減來評(píng)判電池的控制策略是否準(zhǔn)確是否恰到好處，如果在這里面有某個(gè)參數(shù)并不能滿足電池的特征的話，充電過程必然會(huì)影響到電動(dòng)汽車的安全性。剛才已經(jīng)提到了現(xiàn)在的狀態(tài)下共享的汽車和出租的汽車這類的汽車經(jīng)常存在長期快充的狀態(tài)，對(duì)于電動(dòng)汽車的考驗(yàn)是非常值得大家關(guān)注的一個(gè)話題。
第二，機(jī)械的安全。講兩點(diǎn)：第一是碰撞的安全?，F(xiàn)在的碰撞包括正碰撞側(cè)碰撞，有很多種形式，法規(guī)的測(cè)試比如正規(guī)的碰撞，實(shí)際道路的實(shí)驗(yàn)是2019年9月份做的實(shí)驗(yàn)，模擬一個(gè)十字路口一個(gè)車沒有剎住車，追尾了紅車，把它沖出去以后另一個(gè)車把它側(cè)面碰撞，我們關(guān)注的是在實(shí)際使用過程中車的電安全、電池安全、人員安全，我考慮電池的角度，比如現(xiàn)在的法規(guī)測(cè)試已經(jīng)有了靜態(tài)的擠壓和動(dòng)態(tài)的碰撞，但是實(shí)際發(fā)生的狀態(tài)是綜合的作用，大家看是不是？所以我們現(xiàn)在發(fā)明了這樣一個(gè)方法，動(dòng)態(tài)的擠壓，帶著速度的擠壓，我們要看它對(duì)電池的傷害值，正在跟一些企業(yè)合作做一些評(píng)價(jià)。
第二，跟大家分享一下托底，這是大家越來越關(guān)注的內(nèi)容，比如車輛的托底會(huì)引起底盤的變形，當(dāng)時(shí)有可能沒有任何嚴(yán)重的后果，但是在后期的使用當(dāng)中有可能會(huì)是一個(gè)隱患，我們現(xiàn)在做了大量的仿真，現(xiàn)在也開始和企業(yè)合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)做這樣一些測(cè)試，模擬包括地面的障礙物，包括鐵軌、馬路牙子、軟路面和硬物的沖擊等情況下有可能對(duì)電池造成的傷害。
第三，可靠性和安全性的概念，我們跟國際專家做了很多爭(zhēng)論，他們現(xiàn)在已經(jīng)接受了我們的觀點(diǎn)，我們?cè)瓉砜雌胀ㄜ嚿系牟考目煽啃?，它就是能夠完成某種功能的能力，它不存在安全問題，而安全性是在一定程度的耐用下它能夠承受的安全能力方面的狀態(tài)。對(duì)于動(dòng)力電池來說它是個(gè)高壓系統(tǒng)而且它是個(gè)變化的高壓系統(tǒng)，它在長期的可靠性的情況下，比如行走了1萬km以后它就有可能可靠性下降演變成安全性的問題，所以我把這類歸類為可靠性問題。舉個(gè)例子，現(xiàn)在寫進(jìn)了法規(guī)的測(cè)試，我們先做振動(dòng)然后做泡水，就是為了看經(jīng)過長期的實(shí)際使用以后它能夠滿足的IP等級(jí)等等，可靠性是否能夠滿足實(shí)際的使用要求，在1萬km2萬km甚至10萬km以后是否還能夠達(dá)到可靠安全。
熱失控的安全方面我們應(yīng)該做的評(píng)價(jià)包含哪些？熱失控的評(píng)價(jià)今天大家講的比較多了，其實(shí)它的誘因有很多，從材料、電芯、系統(tǒng)到實(shí)際使用。材料的層級(jí)，我們調(diào)查的事故中有一例是非常典型的事故，我們能夠明顯看到這樣的結(jié)果，一開始跟大家分享了50%多的事故是因?yàn)闊崾Э?，我們?cè)诜治鍪鹿收{(diào)查的時(shí)候，最后寫報(bào)告的時(shí)候并不能完全給出一個(gè)結(jié)果，這個(gè)系統(tǒng)完全是由誰造成的，我們經(jīng)常給出的是不排除的兩個(gè)原因或者三個(gè)原因。大家也知道事故發(fā)生的時(shí)候有可能毀壞的程度比較大或者因?yàn)槎尉然饸牧饲懊嬉淮沃鸬暮圹E，但是我們能看到它的導(dǎo)向和誘因，我們能夠推斷出一些不排除的一兩個(gè)原因。我們歸類跟這幾個(gè)都有關(guān)系，材料正負(fù)極材料或者隔膜的缺陷，電芯的制造過程中因?yàn)橘|(zhì)量控制的水平的差異導(dǎo)致了電芯層面的異物或者內(nèi)短路等隱患的存在，系統(tǒng)集成的層面比如焊接的工藝、線速的排布方式，這是我們?cè)谇捌谑鹿世锩姘l(fā)現(xiàn)的，純補(bǔ)貼類的產(chǎn)品，大家知道什么概念，他們?yōu)榱俗非蟾弑饶艿囊笏韵到y(tǒng)集成的時(shí)候考慮得相對(duì)欠缺一點(diǎn)，產(chǎn)品的制造方面還需要提升的情況下這類的問題就會(huì)比較多一點(diǎn)。
第四類是實(shí)際使用過程中，我不考慮監(jiān)控的東西，我只說電池本身，一個(gè)是過度的使用，我說的過度的使用比如剛才提到的快充頻繁的快充或者低溫充電超低溫充電這樣的問題，第二類是電池的自然的衰減，比如鋰枝晶的生長、隔膜的腐蝕等帶來的問題。我們從這個(gè)角度可以看到從材料到整車級(jí)別，我們都要綜合地考慮它的熱安全性，這是一個(gè)大的課題。2019年我?guī)е覀儓F(tuán)隊(duì)做了很多這樣的思考，比如從材料到電池，我們?cè)瓉頊y(cè)電池都是一個(gè)黑箱的測(cè)試，我們看到的就是最終的結(jié)果，電池里面發(fā)生了什么我們其實(shí)并不知道或者我們只是猜測(cè)地大概知道它的機(jī)理，所以今年建立了一個(gè)方法，我們要看電池的熱穩(wěn)定性降低，它是因?yàn)闃O化熱的增加，它的不可逆反應(yīng)熱的增加或者包含了它的結(jié)構(gòu)的變化等等，與之相關(guān)的是跟電極的極片有關(guān)系，又跟前面的材料有關(guān)系，我們能夠用一些手段分析這里面的極片變化過程，從而看到整個(gè)電池的安全的變化和里面的反應(yīng)有什么樣的直接關(guān)系，這是我們想要做的。
我們后面在研究電池電化學(xué)熱分析的時(shí)候也穿插了這樣一個(gè)手段來看它在不同的SOC、不同的溫度、不同的倍率下電池的熱學(xué)性質(zhì)以及對(duì)應(yīng)的材料的特征，去看它們之間的熱安全的構(gòu)效關(guān)系，引入了原位的中子掃描的手段來做這樣的綜合評(píng)估，到了系統(tǒng)的層級(jí)，大家現(xiàn)在最為關(guān)注的測(cè)試就是熱擴(kuò)散的測(cè)試，這個(gè)概念是我們認(rèn)為現(xiàn)有的電池體系下熱失控的可能性還依然存在，這是我們能夠接受的，但是接受的前提條件是在電池的發(fā)生熱失控的瞬間要給大家一個(gè)信號(hào)，在信號(hào)發(fā)出以后到車最終發(fā)生起火事故之前能夠有五分鐘的時(shí)間給大家逃生，這是我們的安全概念。
但是這個(gè)過程中有很多測(cè)試評(píng)價(jià)體系，包括我一開始提到的現(xiàn)在大家越來越多的液冷系統(tǒng)的重要性，但是熱管理系統(tǒng)能不能很好的實(shí)現(xiàn)熱管理的功能的設(shè)計(jì)，這里面又有兩個(gè)大的測(cè)試話題，第一個(gè)如何設(shè)計(jì)一個(gè)熱管理系統(tǒng)，我們就要對(duì)整個(gè)熱管理系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)評(píng)測(cè)的體系，另外當(dāng)你建立熱管理系統(tǒng)以后如何評(píng)價(jià)熱管理系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)它的功能安全，我們要對(duì)熱管理系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，這是我們這兩年出大量標(biāo)準(zhǔn)的領(lǐng)域、板塊，大家如果感興趣可以跟我們?cè)谶@方面做深入的合作和交流。
最后簡單做一個(gè)小結(jié)：我們認(rèn)為國際法規(guī)和國家標(biāo)準(zhǔn)只是最低的要求，大家不要把它作為最高的要求來看，我們電池的安全應(yīng)該是以滿足整車的實(shí)際使用安全為目標(biāo)，應(yīng)該從材料、電芯、BMS和系統(tǒng)各個(gè)層級(jí)建立面向產(chǎn)品開發(fā)的各層級(jí)的研發(fā)性的測(cè)試評(píng)價(jià)體系。
謝謝大家。
