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    中汽中心王芳:新能源汽車動力電池技術與測試
    發布時間:2018-05-22 17:35:00
    關鍵詞:CIBF2018

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    圖為中國汽車技術研究中心動力電池首席專家王芳發表主題演講


    5月22日,“2018第一屆新能源汽車及動力電池(CIBF深圳)國際交流會”在深圳會展中心舉行。中國汽車技術研究中心動力電池首席專家王芳在“新能源汽車專場——識·新政策下車電攜手的變革之路”主題論壇上發表演講。以下是演講內容:

    中國汽車技術研究中心動力電池首席專家王芳

      今天我將從動力電池技術和測試評價兩個方面與大家進行分享。

      首先我們看下產業技術方面。

      2017年新能源汽車的產銷量分別達到了79.4和77.7萬輛的規模,與之匹配的電池裝機量達到了367億瓦時。預計到2020年,電池的需求量將達到1000億瓦時左右。其中80%的車企會找20%的電池廠配套,剩下的80%電池廠去追尋剩下20%的車廠。

      到目前為止磷酸鐵鋰裝車的能量密度基本上在145Wh/Kg,三元在185Wh/kg。2017年純電動乘用車的數據里,224款車型,三元裝車數是199款,占了88.8%,能量密度在120-150 Wh/kg之間的車型占到27%。2017年整體的裝車量,磷酸鐵鋰占到50%,三元占到43%。大家可以理解,他們的分配基本上三元是乘用車,磷酸鐵鋰是商用車的分配比例。

      2018年我把裝車實際報的數據進行了分析,并且將它與2017年的數據進行比較,2018年和2017年的動力電池的能量密度又有了明顯的提升,能量密度從107.6Wh/Kg上升到118.8Wh/Kg,提升幅度達到10.37%。

      從整車實際應用來說,整車的性能包括加速的性能、動力性、經濟性以及壽命。其中最重要的是安全,與之對應的,電池需要滿足的性能會有這樣幾個大的方面:包括電池的能量密度、電池的壽命,還有電池的安全性。

      現在國家提出300Wh/Kg的概念,大家可能更多聚焦于參數,會覺得安全性、壽命方面提得過少。國家新能源重點專項布局的時候,提出了300Wh/Kg的概念,是產品級的水平,要求產品在滿足300Wh/Kg的關鍵指標同時,要滿足整車的使用要求,達到電池的安全性和壽命的基本要求。

      我們對各家測試數據進行了分析,包括參加國家項目研發的、現在只是處于研發樣品階段,已經有超過300Wh/Kg的樣品。當然這只是一個單一指標,綜合指標測試還沒有開始。我們認為最能實現這個目標的是622或是811體系,這也是各家企業在研發領域關注的焦點。

      第二,我想跟大家說一下剛才提到的,我從測試的角度,看一看現行的狀態下電池的水平又到了什么樣的階段。

      我列了一些電池方面的標準,重點提幾個方面:

      首先拿能量密度說話,在提能量密度的數據統計的時候,我也想分享一些從中發現的問題。

      2015-2018年,我們把實驗室測試能量密度的數據進行了統計。能量密度從2015年的90.5Wh/Kg上升到2018年137.5Wh/Kg,2018年3-5月份裝車能量密度是118Wh/Kg,這實際上也是2017年下半年裝車能量的平均密度值。

      2016-2018年,電池的成組率陸續提高,從0.63上升到0.74,這是統計的數值,包括磷酸鐵鋰、三元的。我們再看一下2017年統計145款有單體和系統對比的數據,我們看到單體的能量密度平均值是173Wh/Kg,系統層級是116173Wh/Kg,這也是0.67成組率的由來。再把里面的體系進行細分可以看到,磷酸鐵鋰單體的平均值是144Wh/Kg,到了系統層級是117 Wh/Kg,成組率可以高達81.5%,這是平均值。

      我們也有注意到,磷酸鐵鋰最高的成組率可以達到85%,這是現在的狀態。三元單體是183Wh/Kg,到系統層級是115Wh/Kg,成組率是0.64。這個也不難理解,一方面三元的安全性、熱失控的點比磷酸鐵鋰早得多,這種情況下,三元安全性集成技術的重視,在系統集成方面所附加的東西增多,當然會降低三元的成組率。磷酸鐵鋰用在大巴車上也是提高成組率的原因,主要是因為標準箱的設計相對來說,大家會對集成要求比乘用車的要求低一些。

      大家都在看方型、圓柱之爭,到底圓柱能不能長久。我對我們實驗室的數據進行了統計,目前測試的樣本量和三個數據基本差不多。從單體到系統,圓柱的成組率并不占特別大的優勢,軟包會稍微略占一點優勢。系統的冷卻方式分類,我們想要找到電池哪一種冷卻方式會對系統能量密度有影響。我們統計了90多款電池包,只有三款風冷,其他都是自然冷卻,和2016年初是完全不一樣的,2016年初選擇液冷的乘用車越來越多,2017年受到補貼和其他因素的影響,選擇液冷、風冷的越來越少,更多傾向于自然冷卻。

      從我們測試的樣品來說,電池的技術進步是非常明顯的,包括集成的技術進步,還是不可避免在某些階段可能會受到一些外在政策的影響,會使大家調整電池的技術路線,甚至有可能會影響正確路線的選擇,希望大家在后補貼時代,在市場為導向的前提下,選擇優質的產品。

      安全測試方面,相對通過率比較低一些。我們提交了一個修改單,變成了很簡單的隨機振動,機械安全性、通過率明顯提高。

      第三,綜合測試評價研究方面,要抓住能量密度這個點,再從研發測試的角度應該關心電池的評價。

      這是什么樣的概念?應該從電池可用、可控和安全邊界出去,了解綜合、貫穿全生命周期的評價??捎玫脑u價,在正常情況下,無論風霜雨雪,各種工況下都可以使用的評價。一旦發生安全問題,能讓它在可控的情況下,對它進行評價。一旦發生失控以后,要要求他能滿足什么樣的狀態,人員又應該怎么做。

      從研發的角度只是想和大家提一下安全性。安全性大家知道也關心得非常多了,發生安全事故,最初都是熱失控,現在在做的評價是從材料、電池、BMS、系統,實現多層級的熱特性和熱安全、熱失控的對應,材料的熱穩定性到電池全生命周期內的熱安全性,再到BMS的熱管理,最終到系統熱穩定性,控制熱失控能力的評價。不同充放電電流下,產熱的速度和產熱的功率和產熱量是什么樣的,這是我們必備的,了解每個電池發生熱失控的點,電池發生熱失控的趨勢和可能性、溫度的范圍在哪里,我們要知道傳播到另外一個電池的傳播路徑以及傳播速度、傳熱量是什么樣的。這是我們設計熱管理可用評價最基礎的手段。

      如果有一個電池發生熱失控,這種情況永遠是存在的,可能性是永遠有的,只是幾率的大小,如果發生這種情況,我們需要知道,發生這種情況的時候,我們應該表現出來什么,我們最關心的是人員安全,不要求最終車不起火、不爆炸,要求車發生起火、爆炸這種極端情況之前,車上的人員能安全逃生。

      中國起草的熱擴散評價,全國都投入專項資金進行評價方法的建立,未來三年里還會不斷改進這樣的方法。我們也寫在了GB標準,希望大家更多的關注,和我們進一步研究使它合理化,成為全球的法規提案。我提到的全球法規,今年3月份在北京召開了第14次會議,強調了第二階段的工作重點是電池,一是熱擴散的研究,二是振動,三是海水浸泡,四是毒氣分析。這幾個話題提出國都是中國,其他的各國都會一起進入這方面的研究,熱擴散已經推到國際上,大家可以對標測試。

      之前工信部專門開了宣貫會,第一階段的法規已經完成,到目前為止唯一由我們主導的全球法規,第二階段我們還會主導,主導的程度會更深,希望同行專家和我們一起參與,今年9月份會在瑞典開會。

      國內GB標準,未來不久的將來會進行審查,大家可以對這個進行深切的關注,審查以后就會報批到WTO在國際上征求引見,這是GB的標注,會成為強制安全標準。二是電視系統的起草方案,這里沒有寫我還想再強調一下,電動汽車管理系統的功能安全標準,現在也正在制定中,對于管理系統的功能安全要求現在也是大家越來越關注的,實現功能安全的等級的關注,從對電池的管理角度重要性凸顯得越來越明顯。

      在回收方面,我們中心也在牽頭做回收溯源工作,我們希望材料、電池、車再到材料能形成閉環的發展。我就分享這么多,感謝大家。

      (根據嘉賓發言整理,未經嘉賓審閱)



    稿件來源: 電池中國網
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