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    【2020电动汽车百人会】中国汽车技术研究中心王芳:电动汽车以及动力电池的安全评价
    时间:2020-04-07  来源:www.jfqx.com  阅读:556

    2020年1月10日至12日,中国电动汽车100强论坛委员会在钓鱼台国宾馆举行。围绕“抓形势、抓转型、促创新”的主题,论坛邀请了汽车、能源、交通、城市、交通等领域的相关政府部门、行业组织和龙头企业代表,就产业、企业和政策的转型创新进行深入讨论。以下是中国汽车技术研究中心首席专家、测试认证部副总工程师王芳在本次论坛上的发言:

    2020电动汽车百人会,新能源汽车,

    中国汽车技术研究中心首席专家、测试认证部副总工程师王芳

    尊敬的专家、同事:

    大家早上好,我的报告题目是电动汽车和动力电池的安全性评价。刚才叶先生还介绍说,我想很多人都很熟悉。我一直从事电动汽车的测试、评估和标准化工作。同时,我还与国内专家一起参与国际法律法规的制定。自2018年以来,我国成立了专门的电动汽车事故专家调查组,我在其中从事相关工作。今天的内容主要是想从整车的实际应用需求出发,根据国际法规和国内标准,与大家分享我们电动汽车和电池的安全性评价。因此,我更关心的是我们在实际使用过程中应该注意的安全问题。

    我的工作有具体的测试内容,这是我在领导能源系统测试团队的基础上做的。我跟你分享两个方面:第一,产品的技术特性分析。我们必须首先了解测试对象的特性,然后才能进行详细而准确的测试。到2019年,新能源汽车产业整体发展趋势良好。随着汽车的发展,动力电池系统的能量密度值也在逐年增加。该值是根据实验室测试结果得出的统计值。这是系统的能量密度。从2015年到现在,我们仔细分离了系统的内容。磷酸铁锂电池已经从比例下降到目前的稳定状态。三元电池已经迅速攀升至稳定状态。我能看出这个系统的特点。昨天,领导们告诉我们,2019年整体A级车占80%以上。一方面,每个人都追求高品质,另一方面,每个人都注重开发适合更合理使用电动汽车的应用场景。

    此外,2019年,我们进一步讨论了大功率DC充电技术的相关标准。除了大功率充电的高压或大电流系统之外,我还想和大家多讨论一下黄部长刚才提到的基于大电流充电的频繁快速充电可能带来的安全问题。我将进一步分析实验室测试的电池结果。我们可以看到发展的特点。从2016年到2019年,在补贴政策于2017年开始实施后,系统能量密度将达到1.0或0.9的比例。我们可以看到具体的价值。2016-2019年单英里能量密度值的变化。

    然后看看我们的测试。三元也有这样的特点。到今年年底,140瓦时/千克以上的电池比例已接近80%,分组率从58.5%上升到69.1%。我们对冷却方式的变化做了这样的统计。从2017年到2019年,我们的统计数据有所不同,但我们已经看到了其中的差异。液冷系统的关注与未来能量密度的增加密切相关。随着能量密度的增加,液冷系统对三元电池的要求必须提上日程。我们可以看到,在2017年补贴的快速变化和对能源密度的要求被提上日程之后,从一开始到现在,每个人都更多地考虑了对产品质量的追求。我想更多地提及对产品质量的关注,即我们可以在未来的后补贴时代获得市场竞争优势。

    电动汽车安全和相关电池安全的概念。对于整个电动汽车的安全标准体系,传统汽车有很多安全性,电动汽车不能忽视低压部分的安全性。然而,对于新能源汽车的员工来说,我们可能会更加关注与电池相关的高压系统,而与电动汽车相关的高压安全将涉及充电安全、碰撞安全、高压安全、动力电池安全和应急救援安全。我参加了事故调查。根据我关注的焦点,我会关注产品质量和电池本身的质量。我把原因分成这样。在2011年至2019年的样本数中,热失控扩散占50%以上,而另外两个是充电和机械损坏。

    整车实际使用中涉及的安全,首先是充电安全。充电系统的充电过程将涉及能源、车辆、充电连接装置、充电设备和供电网络的状态,是一个非常复杂的产业链系统,其安全失效模式将涉及不同使用环境下的多维生命周期。我的结论是,充电的安全性可能是电的安全性故障或火的安全性故障。我们会注意这里的许多内容。我将从我们调查的事故中选择两个例子来分享我们对此的理解。

    首先,过充电,因为过充电故障,我们知道过充电故障可能会覆盖车辆上的所有部件、电池控制单元以及由车辆控制单元故障引起的隐患。当然,它还基于车辆设计中电池安全性的分析是否到位,这是一个系统的概念。第二是充电。我和你分享两个激励。一个是一致性。刚才很多人提到了汽车等级的概念。当用于汽车时,电池本身应该是汽车级产品。我不认为这是一个新术语。这应该是每个人都应该满足的要求。一开始,每个人都应该有一个统一的观点,而不是一个新的术语。首先,产品一致性的要求必须达到一定的水平。即使汽车在实际使用中有良好的一致性,它将继续分裂,其一致性将下降。如果充电策略在此过程中没有及时调整,在充电策略允许的范围内可能会发生频繁和轻微的过充电,从而导致集中事故。

    其次,充电策略与电池特性不匹配。现在有很多充电策略,但是哪一个能满足你的电池的实际特性需要大量的评估工作。例如,我将从电池整个生命周期中温度、容量和功率特性的衰减来判断电池控制策略是否准确和适当。如果该区域有某个参数不能满足电池的特性,充电过程将不可避免地影响电动汽车的安全性。刚才有人提到,在目前的状态下,共享车、租赁车等汽车往往具有长期快速充电的状态,电动汽车的测试是一个值得大家关注的话题。

    第二,机械安全。两点:第一是碰撞的安全性。当前碰撞包括正面碰撞的侧面碰撞。有许多形式。正常碰撞等法律法规的检验。实际道路测试于2019年9月完成。它模拟了一个十字路口,一辆车没有停下来,而是追尾了红色的车。它冲出来后,另一个车把在它的侧面相撞。在实际使用过程中,我们关注汽车的电气安全、电池安全和人员安全。我考虑电池的角度。例如,目前的法律测试已经有静态压缩和动态碰撞,但实际状态是一个综合效果,不是吗?所以现在我们发明了这样一种方法,动态挤压,有速度的挤压,我们想看看它对电池的破坏价值,并且正在和一些企业合作做出一些评价。

    第二,我想和你分享底部的支持,这是每个人越来越关心的问题。例如,车辆的底部支撑可能导致底盘变形,这在当时可能没有任何严重的后果,但在以后的使用中可能是一个隐患。我们现在已经做了大量的模拟,现在我们已经开始与企业一起设计实验来做这样的测试,模拟在地面上的障碍物条件下可能对电池造成的损坏,包括铁轨、路牙、电池等的冲击

    第三,我们与国际专家就可靠性和安全性的概念进行了多次辩论。他们现在接受了我们的观点。我们最初着眼于普通汽车零部件的可靠性,即执行某些功能的能力。它没有任何安全问题,安全是指它在一定的耐久性下能够承受的安全能力状态。对于动力电池来说,它是一个高压系统,也是一个不断变化的高压系统。在长期可靠性条件下,例如,行走10,000公里后,其可靠性可能会下降并演变成安全问题。因此,我将这种类型归类为可靠性问题。例如,现在它被写入法律法规的测试中。我们先进行振动,然后浸泡在水中,看看其可靠性是否能满足实际使用要求,在行驶10,000公里、20,000公里甚至100,000公里后是否可靠和安全。

    我们应该如何评估失控热的安全性?热失控的评估是今天谈论得最多的。事实上,有许多诱因,从材料、电池、系统到实际使用。在材料层面,我们调查的事故之一是一个非常典型的事故。我们可以清楚地看到结果。一开始,我们分担了超过50%的事故,因为热量失控。当我们分析事故调查并最终写出报告时,我们不能给出一个完整的结果。谁造成了这个系统?我们经常给出两三个不排除的理由。众所周知,当事故发生时,它可能已经受到更大程度的破坏,或者因为第二次灭火摧毁了以前火灾的痕迹,但我们可以看到它的方向和诱因,我们可以推断出一两个不能排除的原因。我们的分类与这些项目有关。正负极材料或隔膜的缺陷,电池芯制造过程中质量控制水平的差异,导致电池芯层存在异物或内部短路等隐患,以及焊接工艺和线速安排等系统集成水平。这是我们在早期事故中发现的。对于纯补贴类别的产品,我们都知道什么概念。为了追求高比能量的要求,他们在集成系统时考虑得相对较少。如果产品的制造方面仍然需要改进,将会有更多这样的问题。

    第四类是我在实际使用中不考虑监控的。我只谈论电池本身。一是过度使用。当我谈到过度使用时,我谈到诸如频繁快速充电或低温充电和超低温充电等问题。第二类是电池的自然衰减,如锂枝晶的生长和隔膜的腐蚀。从这个角度,我们可以看到,从材料层面到车辆层面,我们应该全面考虑其热安全性,这是一个大课题。2019年,我带着我的团队做了很多这样的思考。例如,从材料到电池,我们过去常常在黑盒子里测试电池。我们看到的是最终结果。我们实际上不知道电池里发生了什么,或者我们只是推测性地知道电池的机理。因此,今年建立了一种方法。我们需要看到电池的热稳定性因为极化热的增加而降低。其不可逆反应热增加或包括其结构变化等。与之相关的是电极的极片和先前的材料。在这里我们可以通过某种手段分析极片的变化过程,从而看到整个电池的安全变化与内部反应之间的直接关系。这就是我们想要做的。

    在研究电池的电化学热分析时,我们也插入了这样一种方法来考察电池的热性能以及相应材料在不同荷电状态、不同温度和不同倍率下的特性,来考察它们之间的热安全构效关系,并引入原位中子扫描法进行综合评价。在系统级,最受关注的测试是热扩散测试。这个概念是,我们相信在现有的电池系统下仍然存在热失控的可能性,这是我们可以接受的,但是接受的前提是在电池热失控的时刻给每个人一个信号,并且在火灾事故最终发生之前,在信号发送到汽车之后有五分钟的时间逃生,这是我们的安全概念。

    但是,在这个过程中有很多测试和评估系统,包括我开始提到的越来越多的液冷系统的重要性,但是热管理系统能否很好的实现热管理功能的设计,还有两个主要的测试课题。首先,如何设计一个热管理系统,我们需要对整个热管理系统进行系统评估。此外,当你建立一个热管理系统,你如何评估热管理系统是否能实现其功能安全?我们需要对热管理系统进行全面评估。这是我们在过去两年中发布大量标准的领域和部分。如果你感兴趣,你可以在这方面与我们进行深入的合作和交流。

    最后,让我们总结一下:我们认为国际法规和国家标准只是最低要求。我们不应该把它们视为最高要求。我们的电池安全应该以满足整车的实际使用安全为目标。我们应该从材料、电池芯、电池管理系统和系统等各个层面建立产品开发的研发测试和评估体系。

    谢谢大家。

    请关注[地球直播]中国电动汽车100强论坛委员会(2020)

    提示:本文是根据演讲组织的。未经专家审查,请不要重印。

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