王芳:動(dòng)力電池是系統(tǒng)工程,要把安全事故的機(jī)率降到最低

會(huì)上,中國(guó)汽車技術(shù)研究中心首席專家王芳、新能源室主任王芳做了精彩發(fā)言,內(nèi)容整理如下:
我給大家匯報(bào)的是動(dòng)力電池的標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)試相關(guān)的一些東西。今天我給大家分享的內(nèi)容主要分四個(gè)部分,第一,一些遷延性的內(nèi)容介紹,第二,現(xiàn)行的電池產(chǎn)品的一些相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),重要的標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)價(jià)。第三,電池的一些現(xiàn)在正在指定的其他的大家可能會(huì)比較關(guān)注的一些重要標(biāo)準(zhǔn)情況的介紹。第四,總結(jié)。
第一,首先是前沿性的東西。在這兒我想簡(jiǎn)單的介紹一下,可能很多人知道,因?yàn)樵蹅冸妱?dòng)汽車有一個(gè)標(biāo)委會(huì),在秘書處掛靠在我們中心的標(biāo)準(zhǔn)所,這個(gè)標(biāo)委會(huì)和咱們的堿性電池標(biāo)委會(huì),在09年的時(shí)候聯(lián)合成立了一個(gè)動(dòng)力電池的工作組,就是標(biāo)準(zhǔn)工作組,負(fù)責(zé)電池標(biāo)準(zhǔn)制定的相關(guān)工作。在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工作組成立的時(shí)候有這樣一些規(guī)劃,涉及到的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)涵蓋這樣一些內(nèi)容,包括材料、裝備、電池單體模塊和系統(tǒng)的這樣一些產(chǎn)品以及使用過(guò)程中一些要求相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系目前來(lái)說(shuō)涵蓋的有這樣一些內(nèi)容,第一,電性能,這方面剛才肖主任有提到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),包括31486單體模塊的性能與要求,也包括31467.1的要求,第二,壽命,31484,里面對(duì)單體、模塊和系統(tǒng)都進(jìn)行了一些壽命測(cè)試的建議。第三,安全性,包括31486和31467.3,我后面還會(huì)介紹有一個(gè)GB的標(biāo)準(zhǔn),GB的強(qiáng)標(biāo)下一年明年也會(huì)啟動(dòng)起草,也會(huì)關(guān)心到從單體模塊到系統(tǒng)整個(gè)層級(jí)的安全性。第四,互換性的標(biāo)準(zhǔn)。包含我們?cè)?010年出臺(tái)的QC/T840,新的GB/T的標(biāo)準(zhǔn)正在制定當(dāng)中。第五,回收利用,有一系列的,因?yàn)榛厥绽靡灿姓麄€(gè)的標(biāo)準(zhǔn)的體系的規(guī)劃路線,里面目前涵蓋了10幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn),有幾個(gè)已經(jīng)報(bào)批,有幾個(gè)正在制定當(dāng)中。第六,附件,包含BMS、電池箱等等,包括高壓線速、接插件等等一些標(biāo)準(zhǔn),也在陸陸續(xù)續(xù)的研究當(dāng)中。
因?yàn)閯偛盘岬綐?biāo)準(zhǔn)的事,對(duì)于評(píng)價(jià)來(lái)說(shuō),對(duì)于具體的產(chǎn)品的評(píng)價(jià)我們還是從這三個(gè)其實(shí)也是我說(shuō)的三縱三橫,就是從單體模塊到系統(tǒng)這三個(gè)層級(jí),更多的關(guān)心的是從他的一致性和壽命,以及安全性三大方面會(huì)有具體細(xì)節(jié)的一些考評(píng)和評(píng)價(jià)。
下面講具體的第二部分,就是現(xiàn)行產(chǎn)品的一些標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試評(píng)價(jià)的情況,我主要是結(jié)合我們現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施情況,因?yàn)檫@個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是2015年5月份出臺(tái)的,到現(xiàn)在也一年多的時(shí)間,做了大量的測(cè)試,我就把測(cè)試大概的情況給大家做一個(gè)匯報(bào)。
測(cè)試的對(duì)象主要涵蓋單體、模塊和系統(tǒng)。評(píng)價(jià)的指標(biāo)主要是集中于對(duì)于電池的一致性、電性能、壽命、安全幾個(gè)方面的關(guān)注。我們?cè)谧龅臅r(shí)候,主要依據(jù)的是那六個(gè)標(biāo)準(zhǔn):第一,484—2015,就是關(guān)于它的循環(huán)壽命的要求。循環(huán)壽命要求這兒我想提一下,其實(shí)循環(huán)壽命里面規(guī)定了常規(guī)的循環(huán),也規(guī)定了工況的循環(huán),但是常規(guī)是有要求的500次不低于90%,目前根據(jù)我們的測(cè)試結(jié)果,平均的水平大概是在500次以后能夠保持92%—97%的會(huì)居多,這是現(xiàn)在的一個(gè)狀態(tài)。因?yàn)槔嫌行袠I(yè)的專家和朋友問(wèn)到,咱們循環(huán)到底壽命有多少次,因?yàn)檫@個(gè)周期比較長(zhǎng),測(cè)試成本比較高,不知道企業(yè)自己內(nèi)部做沒(méi)做評(píng)估,至少?gòu)奈夷莾簻y(cè)試的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō),只能得到500次的這樣一個(gè)結(jié)果,大家再去反推。
第二個(gè)想說(shuō)一下的就是工況循環(huán)的測(cè)試,目前來(lái)說(shuō),因?yàn)槭且粋€(gè)選做的項(xiàng)目,而且沒(méi)有判據(jù),所以目前來(lái)說(shuō)企業(yè)委托第三方測(cè)試很少,我們也做過(guò)一些共同研究,把它跟ISO的標(biāo)準(zhǔn)工況循環(huán)做了一些比對(duì),也得到一些可比較的結(jié)果,其實(shí)這個(gè)工況跟ISO的工況還是可以去比較的,但是我們的工況有一些倍率的方面可能比它稍微的嚴(yán)苛一些、時(shí)間要稍微長(zhǎng)一些。
第二個(gè),電性能的測(cè)試。電性能測(cè)試剛才肖主任也提了我們現(xiàn)在目前測(cè)試的現(xiàn)狀,我是想再補(bǔ)充說(shuō)明一點(diǎn)是,從近期我有觀察的比如說(shuō)半年測(cè)試的現(xiàn)象,近一兩三個(gè)月以來(lái),電池?zé)o論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外,主要是國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品,送樣測(cè)試的能量密度大概會(huì)往100—210的樣品比較居多,我想特別是200左右的,跟他們也做過(guò)溝通,感覺(jué)到更多的是他們來(lái)自于整車廠的一些壓力,對(duì)他們提出來(lái),從續(xù)航里程的要求,從輕量化的要求等等一些方面,對(duì)他們提出來(lái)的高比能的需求,所以目前來(lái)說(shuō)這方面,就是200瓦時(shí)/公斤左右的樣品會(huì)比較多。
下一個(gè)就是467.1和.2,這兩個(gè)系統(tǒng)的性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),.1是高功能,.2是高能量,這方面我想稍微多給大家介紹幾頁(yè),因?yàn)槲矣X(jué)得系統(tǒng)的性能還是非常重要的,像上一次跟大家交流的時(shí)候,可能說(shuō)的更多的是安全性的東西,其實(shí)在測(cè)試的時(shí)候系統(tǒng)方面,我們也發(fā)現(xiàn)電池的單體可能你能表現(xiàn)出非常優(yōu)異的特性,但是系統(tǒng)層面,比如系統(tǒng)的電性能也好、各個(gè)方面的性能,包括壽命,包括一致性,可能就不是那么的盡如人意,所以我覺(jué)得這個(gè)還是需要大家非常去重視的。這是我們的統(tǒng)計(jì)的43款的電池包,但是很短期的統(tǒng)計(jì),其中冷卻方式,包括液冷、風(fēng)冷、自然冷卻的,咱們國(guó)內(nèi)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)自然冷卻占絕大部分,液冷主要是合資企業(yè)提供的一些產(chǎn)品,我們可以看到,單體比能量大概是在100多—200左右,到系統(tǒng)大概是會(huì)降低的,我們算了一下成組率比較,磷酸鐵鋰會(huì)到60%多—70%幾,而三元基本上在50%—55%左右。
第二個(gè),想提一下的系統(tǒng)的測(cè)試就是一致性的問(wèn)題。我們也是發(fā)現(xiàn),其實(shí)做快充快放、倍率測(cè)試,很明顯的沒(méi)有做幾次實(shí)驗(yàn)就能夠明顯的看到一些性能的表現(xiàn)差異。
第三個(gè),簡(jiǎn)單提一下能量效率。因?yàn)橹坝幸恍┢髽I(yè)跟我們交流的時(shí)候也提到,包括之前的創(chuàng)新工程也提到一個(gè)指標(biāo),能量達(dá)到97%還是90%幾,實(shí)際上當(dāng)時(shí)驗(yàn)收的指標(biāo)都能達(dá)到,通過(guò)不同的測(cè)試方法和要求可能能夠達(dá)到的,實(shí)際上根據(jù)我們使用的實(shí)際的慣性的要求,而且是正常的常規(guī)的測(cè)試,我們也是進(jìn)行了總結(jié),發(fā)現(xiàn)無(wú)論哪一類電池,能量低的70%多,高的不會(huì)超過(guò)95%,超過(guò)95%少之又少,我覺(jué)得是要給大家一個(gè)概念的。常規(guī)的會(huì)在85%,比如說(shuō)88%—95%之間會(huì)比較多一些,鋰電池的特性。功率的特性也是想強(qiáng)調(diào)一下,因?yàn)槠鋵?shí)到了電池系統(tǒng)的層面,電池系統(tǒng)的這種充電功率和放電功率的特性,是會(huì)影響到它跟電機(jī)的動(dòng)力總成系統(tǒng)釋放出來(lái)的功率是什么狀態(tài),這是非常重要的,也決定了他能不能夠接受快充或者快放這樣的使用條件,這是我們要比較關(guān)注的幾點(diǎn)。
最后講的,就是現(xiàn)在大家關(guān)心的特別多,上次也專門做了專題的交流是安全性的,單體的31485的標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)的31467.3的安全性,這次不展開(kāi)講了,因?yàn)樯洗沃v的特別多,后面也會(huì)專題研討這方面。我想提一點(diǎn),展示一下,我前一陣又總結(jié)了一下我們500多個(gè)樣品,里邊其實(shí)振動(dòng)也好、擠壓也好,包括沖擊,包括過(guò)充,我們這次做過(guò)充和短路的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)有企業(yè)的樣品能夠發(fā)現(xiàn)失效,甚至冒煙、起火的現(xiàn)象,所以也是大家應(yīng)該重視的。
對(duì)安全方面,只講一點(diǎn),其實(shí)安全性,我覺(jué)得電池是一個(gè)系統(tǒng)工程,電池的安全是相對(duì)的,不安全是絕對(duì)的,所以我們只能夠從系統(tǒng)工程出發(fā)了解到每個(gè)單體,我們把每個(gè)單體的安全性要分級(jí)考慮,就是說(shuō)它處于怎樣的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),附加上這個(gè)企業(yè)集成的保護(hù),能夠做到什么呢?就是當(dāng)單體熱失控的時(shí)候,或者是發(fā)生這種風(fēng)險(xiǎn)的時(shí)候,模塊能夠不起火,或者起火的比較慢,或者是到了系統(tǒng)的層級(jí),能夠在他起火或者發(fā)生最終的安全事故之前,咱們的乘員能夠得到提升,咱們的EVS—GTR法規(guī)也在做,也是這么一個(gè)理念,要從整個(gè)系統(tǒng)工程來(lái)考慮,把發(fā)生安全事故的機(jī)率降到最低,這是我們的一個(gè)目標(biāo)。
第二,給大家簡(jiǎn)單介紹一下現(xiàn)在咱們標(biāo)準(zhǔn)工作組正在組織起草的一些比較重要的也是大家比較關(guān)注的一些標(biāo)準(zhǔn),里面還有這樣幾個(gè)方面,第一個(gè),規(guī)格尺寸的。第一個(gè),是編碼的。第三個(gè),管理系統(tǒng)BMS。第四個(gè),GB的強(qiáng)標(biāo)、電池的安全。第五個(gè),簡(jiǎn)單提一下48V系統(tǒng),因?yàn)橛行┢髽I(yè)現(xiàn)在比較關(guān)注這個(gè)方面。第六個(gè),回收利用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)格尺寸,其實(shí)背景大家應(yīng)該應(yīng)該比較接觸,因?yàn)橹暗腝C/T840的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)給出了一些建議,那個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也沒(méi)有完全強(qiáng)制實(shí)施,只是給大家推薦性的意見(jiàn),那里面尺寸絕大部分已經(jīng)不再生產(chǎn)了,我們這次希望能夠盡量的給出一些標(biāo)準(zhǔn)的推薦性的尺寸,能夠引導(dǎo)企業(yè)去按照這個(gè)方向生產(chǎn),盡量的降低它的生產(chǎn)成本,同時(shí)也為我們后期的梯次再利用來(lái)提供這樣一些便利的有可能實(shí)現(xiàn)的途徑。所以制定思路是從單體模塊到系統(tǒng)的層級(jí),比如說(shuō)單體我們可以看一下,單體更多的是考慮到它典型的尺寸,我們目前統(tǒng)計(jì)已經(jīng)統(tǒng)計(jì)了幾百種電池的規(guī)格,把它形成標(biāo)準(zhǔn)化的建議,其中分類是分成圓柱、方形、軟包三大類,給出了尺寸的建議。
對(duì)于模塊,更多的考慮從整車的輸入端,我們要考慮整車的需求他希望什么樣的模塊是比較合適的,另外我們也考慮梯次再利用的輸出端的需求,結(jié)合兩方的需求一些貢獻(xiàn)的要求來(lái)給出一個(gè)模塊規(guī)格化的建議,我們希望能夠在整車上用的比較舒服,又能為后期的梯次利用提供便利。我一直覺(jué)得,至少我個(gè)人覺(jué)得,要想實(shí)現(xiàn)再利用,到電芯的層級(jí)目前來(lái)說(shuō)是不太可能的,到模塊的層級(jí)梯次利用是非常可能的,所以我們模塊的規(guī)格化是非常重要的環(huán)節(jié)。系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化,目前主要的考慮方向是商用車的標(biāo)準(zhǔn)箱可能會(huì)起一些標(biāo)準(zhǔn)化的引導(dǎo),乘用車目前可能不會(huì)做太多的考慮第二,編碼制度,因?yàn)榭紤]電池的生產(chǎn)、銷售、使用、維護(hù)、回收、梯次利用、再生等等這樣一個(gè)全生命周期的溯源和管理的要求,目前編碼制度里面在編碼里面適用的對(duì)象包含了包模塊和電池,現(xiàn)在目前也形成了一個(gè)初稿,大概會(huì)在10月9月、10日在寧德開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)工作組的會(huì)議,在那個(gè)會(huì)上也會(huì)進(jìn)行詳細(xì)的討論。
第三,電池管理系統(tǒng)的技術(shù)要求QC/T897電池的管理系統(tǒng)大家可能比較熟悉,那里面規(guī)定了電池管理系統(tǒng)的SOC估算精度,對(duì)于溫度電壓采集的準(zhǔn)確度,以及故障診斷功能的一些要求,我們?cè)谀莻€(gè)基礎(chǔ)上也提出了這樣一些構(gòu)想,包括對(duì)BMS的硬件測(cè)量精度,它的可靠性和故障導(dǎo)向的安全要求、狀況的評(píng)估、均衡的功能,從幾大方面構(gòu)思標(biāo)準(zhǔn)的建設(shè),也希望從電池的使用、充電以及在電池充電以后短期的時(shí)間內(nèi)放置的狀態(tài)等等這樣一些階段對(duì)于整個(gè)電池的管理和它的故障診斷等等這樣一些功能要求和功能安全的要求。
剛才提到的GB/T的標(biāo)準(zhǔn),這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也前一段立項(xiàng)公示,大家可能看到了,這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)目前打算在年底、明年年初會(huì)啟動(dòng)起草,起草初步的想法可能要參考國(guó)內(nèi)相關(guān)的一些安全的要求,以及EVS—GTR的體驗(yàn),包括其他國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求,會(huì)綜合的去考慮。
48V系統(tǒng)只想提一點(diǎn),這個(gè)主要是18384.3的修訂,以前因?yàn)閷?duì)于沒(méi)有做詳細(xì)的規(guī)定,目前根據(jù)產(chǎn)品的需求在里面增加了修改。同時(shí)我們現(xiàn)在也在對(duì)48V系統(tǒng)以及部件相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化的工作也在研究,包括系統(tǒng)的安全性,以及能耗,以及相關(guān)部件的一些要求,這個(gè)正在做一些測(cè)試和標(biāo)準(zhǔn)化的研究。
最后一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),就是回收。回收是從電池包括拆解、包裝、運(yùn)輸、儲(chǔ)存以及余能檢測(cè)、電池評(píng)估,以及到它后期最終的材料的回收,會(huì)考慮形成一個(gè)整體的標(biāo)準(zhǔn)體系,這是之前報(bào)的標(biāo)準(zhǔn)體系,有一些標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在正在起草當(dāng)中,有一些已經(jīng)立項(xiàng)的都在起草當(dāng)中,有一些已經(jīng)到了報(bào)批的階段。
其實(shí)回收方面我還是想再多說(shuō)一句,目前電池回收的規(guī)范管理?xiàng)l件也正在制定當(dāng)中,我們也是組織了包括整車、電池以及回收再利用的企業(yè),以及回收企業(yè)再到電池的材料企業(yè),就是說(shuō)回收以后的材料能夠用于電池的原材料,我們也聯(lián)合組織這些企業(yè)一起做技術(shù)攻關(guān),也希望能夠形成一個(gè)閉環(huán)的,而且在國(guó)內(nèi)可復(fù)制的這樣一個(gè)回收再利用的模式,所以這個(gè)示范平臺(tái)的工作也在做。
最后一個(gè)總結(jié),我國(guó)動(dòng)力電池的標(biāo)準(zhǔn)化已經(jīng)初步的建立,后期的測(cè)試以及標(biāo)準(zhǔn)化的工作需要根據(jù)動(dòng)力電池的研發(fā)、推廣和應(yīng)用不斷的細(xì)化、補(bǔ)充和完善,也會(huì)根據(jù)新的問(wèn)題出現(xiàn)不斷的去改進(jìn)。另外一個(gè),想強(qiáng)調(diào)一下電池的安全,電池安全涉及到從單體到整車的各個(gè)層次,電池單體的供應(yīng)商、系統(tǒng)的集成商、整車企業(yè)應(yīng)該通力的協(xié)作,這樣才能保證一個(gè)系統(tǒng)化產(chǎn)品的安全性。所以建立各個(gè)級(jí)別的電池,各個(gè)層級(jí)的電池安全評(píng)價(jià)的體系,就是不同層級(jí)不同的安全評(píng)價(jià)的要求,這樣一個(gè)體系是非常重要的,也是我們一直在努力、一直在做工作、做研究的一個(gè)目標(biāo)。
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