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【2020电动汽车百人会】天津力神电池王念举:动

作者: 大成 发布时间: 2020年01月14日 04:35:23

  1月10-12日,2020中国电动汽车百人会论坛在钓鱼台国宾馆隆重召开。本次论坛围绕“把握形势 聚焦转型 引领创新”主题,邀请政府有关部门和汽车、能源、交通、城市、通讯等领域的行业机构和领先企业代表,就行业、企业、政策的转型与创新展开深度研讨。以下是天津力神电池股份有限公司常务执行副总裁司长,王念举在本次论坛上的发言:

  

【2020电动汽车百人会】天津力神电池王念举:动

    

  天津力神电池股份有限公司常务执行副总裁司长 王念举

  尊敬的各位领导,各位专家,各位新能源行业的同仁,大家上午好!我叫王念举,来自天津力神电池股份有限公司。很高兴有机会跟大家一起分享一下我们对动力电池安全一些理解。由于时间有限,只能从概念方面去讲一下,如果有兴趣,我们可以会下再交流。

  我的报告分四部分:第一,动力电池系统关键技术及安全性问题;第二,动力电池系统安全性技术研究现状;第三,动力电池系统安全性技术市场化发展需求;第四,应用与总结。

  都在讲汽车,特别是智能化汽车,是人类历史上最后一个移动终端。当然,如果有一天我们能离开地球,那是另外一个事情,我估计至少在座的各位享受不到。在宇宙飞船上或许非常精彩,但是也可能很枯燥的生活,我们就不用过多担心了。至少目前可以达成一点,未来汽车向电动化、智能化、网联化、共享化发展。刚才说电池的安全,新能源汽车的安全,不是痛点,应该说叫死穴;剩下的包括长续航里程,当然我们行业里专家很多都在说代步工具, 200公里以内就够了,实际上消费者是不接受这个概念的。因此长续航里程是痛点,充电要快捷,还要满足全天候的使用,不能说在北方天气冷的地方不能用,只是在某一些地方可以应用,这肯定是有问题,这样的话对电力电池技术的要求,高安全、高比能量、快速充电,包括宽温度范围。

  都在讲现在的电动汽车相当于2000年以前的手机,我把电动汽车电池的系统比作2007年手机电池,2007年苹果发布了第一款智能手机,作为苹果的手机电池的供应商,我们有非常深刻的理解,有深刻的认识。当时正常的手机电池,3美金就算很高了,但是他们的电池要8美金、9美金。在电池管理系统上来讲,他们做了好多工作,当然目前成本是降下来了。对于电芯来讲,相当于2012年左右的手机电池的电芯。

  2012年大家还在拼命的想提高续航,拼命在提高能量密度,把隔膜降得非常薄,甚至从9μ往7μ降,再往5μ降。目前来看,我们动力电池用了10年的时间,相当于手机电池走过了30年的时间,我相信动力电池从能量密度来讲,很快达到技术上的天花板。很多人说固态电池,锂空气电池,还有半固态电池,包括跟索尼,跟同行竞争,我们知道半固态竞争没有戏。我认为未来一段时间内,会有一些提升,但是质的改变是不太可能的,并且我相信从能量密度来讲,应该很快会达到天花板。

  从这几点来看,安全如果处理不好,给我们新能源行业造成灾难性的后果,我们一直讲提高能量密度,刚才我也说了,从环保,从各方面来讲,虽然说不需要那么高的续航里程,但是从消费者角度来讲,追求能量密度,追求续航里程还是不变的要求,提高能量密度是我们的宿命,也是这个行业之所以难的一个主要原因。特别是新能源汽车,目前我们的能量密度已经非常高了,相当于2012年、2013年的手机电池。最大的一个问题是什么?为了追求成本,把电池的单体也做得非常大,甚至三元材料做到200安时左右,如果一旦失控,电池包会烧车。我们能做的只能是怎么去预防,怎么去减缓这个过程,给消费者提供一些时间。

  随着近年来三元电池装机量增加,目前的乘用车装机量三元的应该是80%以上,随着能量密度提升,我们可以看出来,安全性,2019年各种媒体的报告已经有90多起,实际上比这个数还要高得多,刚才黄主任也说了,具体多少,谁也没有办法去统计。三元正极材料占比持续增加,动力电池的安全形势非常严峻。

  动力电池,或者新能源车,一旦失控危害非常大,传统车一年有3万起着火,几百起的新能源车就引起这么大的反映,主要是这个原因造成的。从我们的理解,各种场景都有可能产生热失控,经过统计,静置,充电,行使过程中,大概占30%左右,剩下的10%是在碰撞,进水造成的。因此,如何保障动力电动汽车在全生命周期不同场景下的安全性研究,这是我们面临的首要问题。

  从系统设计来讲,我们讲有六大关键技术,包括BMS控制技术、热管理技术、仿真分析以及测试验证的技术、轻量化技术、快充技术、还有热安全技术。影响热安全的主要是四点,机电热化,“机”是机械设计,“电”是电子电气的安全设计,“热”是分布不均匀,刚开始一致性还行,随着电池内部的不均匀,越来越加大,到最后跟化学都是直接相关的。刚才王芳博士包括底盘撞击,车撞击完了,可能没有什么事情,消费者还可以开,但是过一天,或者半天之后着了,在撞击过程中已经挤到隔膜,造成了一些损害,但是当时看不到,因此影响电池主要的是机电热化这四部分。因此,我们做系统研究的时候,要针对机电热化多维度、多层次的热安全解决方案。

  从动力电池系统热的安全技术上讲,虽然撞击,电气,比如高压、低压、快充,这样造成的都可能转化到化学反应,造成新能源内部的化学反应。因此,电池的热安全技术是非常非常关键的,主要集中在电芯。我们都知道燃烧的三要素,刚才黄主任也讲了,氧气、热量、燃烧物,我们可以看一下,这是一个针刺,如果说在这个过程中隔绝空气,隔绝氧气,对预防,或者是防止剧烈的热失控还是有非常大的好处。当然其他的这些,要完全避免,对于电芯来讲失效是客观存在的,只是概率大小的问题。因此,我们可以做的只能是在这个过程中通过多元参量耦合探测技术,SOH,SOE,SOF,包括内阻的变化,去探测它。我们提前10分钟、20分钟,可以给洗车有非常明确的一个反馈信号,这样就可以避免,当然了一旦热失控,就没有别的办法,只能主动或者被动的去进行消防,去进行扑灭。

  从电子电气系统的安全设计来讲,我们基于ISO26262的标准,优选BMS,优选ASIL-C/D安全芯片,硬件层面上采用适度的冗余设计,建立故障容错机制,在软件层面,采用AUTOSAR软件架构,根据安全需求分解,制定全方位的安全诊断机制,采用多极故障报警处理恢复机制。

  这是我们的路线图,从电子电气系统安全的特性来讲,2020年我们侧重于电芯安全以及高压安全故障诊断,BMS系统功能安全ASIL-C/D(乘用车选C级),SOC/SOP全生命周期宽温度范围估算精度提升(原先是10%、后来是5%、今年我们要达到3%)。2021年是侧重于电芯安全及高压安全故障管理及预测,智能能量管理、维护保养、预约管理,车联网智能驾驶应用,电池寿命周期耐久性管理。到2023年侧重BMS及整车控制器的高度集成管理,BMS系统信息安全,云平台大数据深度学习修正,新型电池智能管理。   

  这是综合动力电池系统机-电-热-化安全性设计,这四个关键的符合特征参数,SOC,SOH,SOE内阻特征,建立动力电池安全,研究严重性变化趋势以及影响因素。

  动力电池系统安全,安全性标准目前国家有关单位,有关部门,也都在制订,系统的标准不断完善,涵盖了动力电池的单体,电池系统,电气控制系统,以及关键组件设计标准,整体来讲还是要侧重于全生命周期的安全,特别是人身安全是最关键的,所有的标准制订要以这个为基础。

  从动力电池系统安全性能的市场化推广应用来讲,建议从新能源车,整车需求侧,动力电池供应侧分别进行,形成基于整车一体化的面向设计安全,制造安全,应用安全,维护安全,以及回收利用,或者说报废安全的完整安全性的设计链。

  应用与总结。2018年到目前,总共乘用车是11万套,高镍材料圆柱型21700是3万多套,到目前为止是零失效。方型三元电池装机辆38550辆,到目前为止也没有热失控的事情发生。当然,安全改善是一个持续过程,刚才讲了从正向安全设计的同时,反向分析也非常关键,特别是不同使用程度的电池,推移电池安全性的差异,从材料分析,从结构与电路的分析进行持续改善。

  我的分享就到这里,谢谢大家!

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  提示:本文根据发言整理,未经专家审核,请勿转载。

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