中汽中心王芳:新能源汽车动力电池技术与测试
发布时间:2018-05-22 17:35:00
关键词:CIBF2018

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图为中国汽车技术研究中心动力电池首席专家王芳发表主题演讲


5月22日,“2018第一届新能源汽车及动力电池(CIBF深圳)国际交流会”在深圳会展中心举行。中国汽车技术研究中心动力电池首席专家王芳在“新能源汽车专场——识·新政策下车电携手的变革之路”主题论坛上发表演讲。以下是演讲内容:

中国汽车技术研究中心动力电池首席专家王芳

  今天我将从动力电池技术和测试评价两个方面与大家进行分享。

  首先我们看下产业技术方面。

  2017年新能源汽车的产销量分别达到了79.4和77.7万辆的规模,与之匹配的电池装机量达到了367亿瓦时。预计到2020年,电池的需求量将达到1000亿瓦时左右。其中80%的车企会找20%的电池厂配套,剩下的80%电池厂去追寻剩下20%的车厂。

  到目前为止磷酸铁锂装车的能量密度基本上在145Wh/Kg,三元在185Wh/kg。2017年纯电动乘用车的数据里,224款车型,三元装车数是199款,占了88.8%,能量密度在120-150 Wh/kg之间的车型占到27%。2017年整体的装车量,磷酸铁锂占到50%,三元占到43%。大家可以理解,他们的分配基本上三元是乘用车,磷酸铁锂是商用车的分配比例。

  2018年我把装车实际报的数据进行了分析,并且将它与2017年的数据进行比较,2018年和2017年的动力电池的能量密度又有了明显的提升,能量密度从107.6Wh/Kg上升到118.8Wh/Kg,提升幅度达到10.37%。

  从整车实际应用来说,整车的性能包括加速的性能、动力性、经济性以及寿命。其中最重要的是安全,与之对应的,电池需要满足的性能会有这样几个大的方面:包括电池的能量密度、电池的寿命,还有电池的安全性。

  现在国家提出300Wh/Kg的概念,大家可能更多聚焦于参数,会觉得安全性、寿命方面提得过少。国家新能源重点专项布局的时候,提出了300Wh/Kg的概念,是产品级的水平,要求产品在满足300Wh/Kg的关键指标同时,要满足整车的使用要求,达到电池的安全性和寿命的基本要求。

  我们对各家测试数据进行了分析,包括参加国家项目研发的、现在只是处于研发样品阶段,已经有超过300Wh/Kg的样品。当然这只是一个单一指标,综合指标测试还没有开始。我们认为最能实现这个目标的是622或是811体系,这也是各家企业在研发领域关注的焦点。

  第二,我想跟大家说一下刚才提到的,我从测试的角度,看一看现行的状态下电池的水平又到了什么样的阶段。

  我列了一些电池方面的标准,重点提几个方面:

  首先拿能量密度说话,在提能量密度的数据统计的时候,我也想分享一些从中发现的问题。

  2015-2018年,我们把实验室测试能量密度的数据进行了统计。能量密度从2015年的90.5Wh/Kg上升到2018年137.5Wh/Kg,2018年3-5月份装车能量密度是118Wh/Kg,这实际上也是2017年下半年装车能量的平均密度值。

  2016-2018年,电池的成组率陆续提高,从0.63上升到0.74,这是统计的数值,包括磷酸铁锂、三元的。我们再看一下2017年统计145款有单体和系统对比的数据,我们看到单体的能量密度平均值是173Wh/Kg,系统层级是116173Wh/Kg,这也是0.67成组率的由来。再把里面的体系进行细分可以看到,磷酸铁锂单体的平均值是144Wh/Kg,到了系统层级是117 Wh/Kg,成组率可以高达81.5%,这是平均值。

  我们也有注意到,磷酸铁锂最高的成组率可以达到85%,这是现在的状态。三元单体是183Wh/Kg,到系统层级是115Wh/Kg,成组率是0.64。这个也不难理解,一方面三元的安全性、热失控的点比磷酸铁锂早得多,这种情况下,三元安全性集成技术的重视,在系统集成方面所附加的东西增多,当然会降低三元的成组率。磷酸铁锂用在大巴车上也是提高成组率的原因,主要是因为标准箱的设计相对来说,大家会对集成要求比乘用车的要求低一些。

  大家都在看方型、圆柱之争,到底圆柱能不能长久。我对我们实验室的数据进行了统计,目前测试的样本量和三个数据基本差不多。从单体到系统,圆柱的成组率并不占特别大的优势,软包会稍微略占一点优势。系统的冷却方式分类,我们想要找到电池哪一种冷却方式会对系统能量密度有影响。我们统计了90多款电池包,只有三款风冷,其他都是自然冷却,和2016年初是完全不一样的,2016年初选择液冷的乘用车越来越多,2017年受到补贴和其他因素的影响,选择液冷、风冷的越来越少,更多倾向于自然冷却。

  从我们测试的样品来说,电池的技术进步是非常明显的,包括集成的技术进步,还是不可避免在某些阶段可能会受到一些外在政策的影响,会使大家调整电池的技术路线,甚至有可能会影响正确路线的选择,希望大家在后补贴时代,在市场为导向的前提下,选择优质的产品。

  安全测试方面,相对通过率比较低一些。我们提交了一个修改单,变成了很简单的随机振动,机械安全性、通过率明显提高。

  第三,综合测试评价研究方面,要抓住能量密度这个点,再从研发测试的角度应该关心电池的评价。

  这是什么样的概念?应该从电池可用、可控和安全边界出去,了解综合、贯穿全生命周期的评价。可用的评价,在正常情况下,无论风霜雨雪,各种工况下都可以使用的评价。一旦发生安全问题,能让它在可控的情况下,对它进行评价。一旦发生失控以后,要要求他能满足什么样的状态,人员又应该怎么做。

  从研发的角度只是想和大家提一下安全性。安全性大家知道也关心得非常多了,发生安全事故,最初都是热失控,现在在做的评价是从材料、电池、BMS、系统,实现多层级的热特性和热安全、热失控的对应,材料的热稳定性到电池全生命周期内的热安全性,再到BMS的热管理,最终到系统热稳定性,控制热失控能力的评价。不同充放电电流下,产热的速度和产热的功率和产热量是什么样的,这是我们必备的,了解每个电池发生热失控的点,电池发生热失控的趋势和可能性、温度的范围在哪里,我们要知道传播到另外一个电池的传播路径以及传播速度、传热量是什么样的。这是我们设计热管理可用评价最基础的手段。

  如果有一个电池发生热失控,这种情况永远是存在的,可能性是永远有的,只是几率的大小,如果发生这种情况,我们需要知道,发生这种情况的时候,我们应该表现出来什么,我们最关心的是人员安全,不要求最终车不起火、不爆炸,要求车发生起火、爆炸这种极端情况之前,车上的人员能安全逃生。

  中国起草的热扩散评价,全国都投入专项资金进行评价方法的建立,未来三年里还会不断改进这样的方法。我们也写在了GB标准,希望大家更多的关注,和我们进一步研究使它合理化,成为全球的法规提案。我提到的全球法规,今年3月份在北京召开了第14次会议,强调了第二阶段的工作重点是电池,一是热扩散的研究,二是振动,三是海水浸泡,四是毒气分析。这几个话题提出国都是中国,其他的各国都会一起进入这方面的研究,热扩散已经推到国际上,大家可以对标测试。

  之前工信部专门开了宣贯会,第一阶段的法规已经完成,到目前为止唯一由我们主导的全球法规,第二阶段我们还会主导,主导的程度会更深,希望同行专家和我们一起参与,今年9月份会在瑞典开会。

  国内GB标准,未来不久的将来会进行审查,大家可以对这个进行深切的关注,审查以后就会报批到WTO在国际上征求引见,这是GB的标注,会成为强制安全标准。二是电视系统的起草方案,这里没有写我还想再强调一下,电动汽车管理系统的功能安全标准,现在也正在制定中,对于管理系统的功能安全要求现在也是大家越来越关注的,实现功能安全的等级的关注,从对电池的管理角度重要性凸显得越来越明显。

  在回收方面,我们中心也在牵头做回收溯源工作,我们希望材料、电池、车再到材料能形成闭环的发展。我就分享这么多,感谢大家。

  (根据嘉宾发言整理,未经嘉宾审阅)



稿件来源: 电池中国网
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