技術(shù)創(chuàng)新破解安全問題

發(fā)布人:系統(tǒng)管理員發(fā)布時(shí)間:2019/12/06

4、(1)中國電子科技集團(tuán)公司第18研究所主任、高級(jí)工程師 肖成偉《技術(shù)創(chuàng)新破解安全問題》.jpg

各位領(lǐng)導(dǎo)、各位同仁大家上午好!剛才黃總跟崔秘做了兩個(gè)非常好的報(bào)告,在報(bào)告里大家也可以看到新能源汽車發(fā)展的趨勢,包括相關(guān)的國家的最新政策。從兩位報(bào)告來看的話,感覺新能源汽車包括整車行業(yè)現(xiàn)在發(fā)展很不樂觀,我覺得是各種因素導(dǎo)致的,無論國際國內(nèi)的因素,其實(shí)現(xiàn)在傳遞的面非常廣,比如說對(duì)新能源汽車傳遞到電池的領(lǐng)域。

我最近在外面也走訪了一些整車廠,包括電池廠,現(xiàn)在感覺確實(shí)是一個(gè)“涼意”很濃,從另外一個(gè)角度長遠(yuǎn)的角度來看,我覺得無論我自己還有在座的各位我還是建議持一個(gè)謹(jǐn)慎樂觀的態(tài)度看這樣的趨勢,我覺得無論是行業(yè)的發(fā)展還是國家的發(fā)展我覺得還是需要一些,大家在座各位共同努力來應(yīng)對(duì)這個(gè)新能源汽車發(fā)展過程中遇到的這樣困難。

對(duì)電池來說,給我這樣的題目是講安全的,我這個(gè)還是比較泛泛來講,還是宏觀的東西。第一個(gè)講從電池的趨勢來包括我們現(xiàn)在的一些對(duì)電池方面的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī),最后宏觀介紹一下安全這方面的應(yīng)用的技術(shù),背景前面兩位專家已經(jīng)講了,在現(xiàn)在的形勢下,原來推測新能源汽車應(yīng)該在150萬輛左右,這個(gè)還是出乎大家這樣的想象。

我覺得最主要還是前面兩位專家的提法,一個(gè)是國內(nèi)外的形勢,還有補(bǔ)貼退坡的影響還是大,在這種情況下怎么應(yīng)對(duì)?其實(shí)是兩個(gè)趨勢,對(duì)新能源汽車用的趨勢,一個(gè)是我們盡可能做到低成本,再有一個(gè)做到高性能,是非常極端的情況,最后的結(jié)果還是希望能夠做到低成本跟高性能相結(jié)合。

目前來看大家還是本著兩個(gè)極端看,第一個(gè)是低成本的降低,再有一個(gè)做高端的電池,就是我們無論用513的三元還是62813的三元等于這樣的材料,這樣的方向。從發(fā)展的趨勢來看還是鋰子電池,是目前研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的重點(diǎn),無論用在我們的混合動(dòng)力,包括燃料電池這樣的地方都沒有問題,我們對(duì)電池的要求現(xiàn)在高安全、長壽、低成本是我們追求的目標(biāo),前面也講了這樣的概念,在這樣的基礎(chǔ)上我們再拓展一下使用的范圍很廣泛,零下35度也可以使用。我們可以做到像5C用十幾分鐘沖到80%的能力和要求,如果達(dá)到這個(gè)就可以跟燃油車和成本使用的情況做一個(gè)建設(shè)。

前面兩位專家也講,無論我們在哪一類電動(dòng)車?yán)锒紩?huì)用到動(dòng)力電池,包括我們的微混、中混、全混、燃料電池從目前發(fā)展的趨勢來看,整車企業(yè)發(fā)展趨勢來看的話,對(duì)中國的整車企業(yè)現(xiàn)在主要以純電動(dòng)包括一些車型和產(chǎn)品在市場上推廣的應(yīng)用,對(duì)歐洲來講,尤其是德國來講應(yīng)該是以插混的為主,當(dāng)然還可以兼顧一部分產(chǎn)品的技術(shù)路線。對(duì)日本來說基本上是以混合動(dòng)力為主,當(dāng)然會(huì)兼顧一點(diǎn)純電動(dòng),中國是以純電動(dòng)為主,兼顧一部分的插電,大的格局是這樣區(qū)分,這樣的格局會(huì)持續(xù)比較長的時(shí)間。

在國家政策這樣一個(gè)推動(dòng)的情況下看看電池的應(yīng)用情況,在插電式混合動(dòng)力里基本上是三元材料的體系,在純電動(dòng)這塊還是以三元材料的為主,然后有一部分是磷酸鐵,目前大家根據(jù)雙積分,目前來看磷酸鐵鋰的占比提升,大家最主要應(yīng)對(duì)這樣的市場需求,目前來說低成本是大家首先要考慮的,對(duì)企業(yè)來說首先要生存。

電池的能量密度來說現(xiàn)在基本上做到了120瓦,包括今年很多車已經(jīng)到了160瓦。剛才崔秘提到2025年我們做260瓦每公斤,我也希望做到這點(diǎn),但是目前我覺得還是非常難,挑戰(zhàn)性還是很大。

在專用車的領(lǐng)域里,現(xiàn)在基本上以三元和磷酸鐵鋰兩分天下,跟補(bǔ)貼還是掛鉤的,它的能量密度是115瓦每公斤以上的水平。在商用車的領(lǐng)域里,對(duì)插電式混合動(dòng)力的商用車的混合動(dòng)力還是以錳酸鎳為主,實(shí)際上還是一個(gè)混合的材料,負(fù)級(jí)材料還是石墨,這類的材料體系的電池應(yīng)用的比例還是比較大的,超過70%。但是舍下一部分就是磷酸鐵鋰的影響。純電動(dòng)還是以磷酸鐵鋰為主,占比是接近70%或者在這樣的水平,兼顧一些快充型的碳酸鋁,剛才提的電池和混合的電池體系。這個(gè)能量密度跟補(bǔ)貼是相關(guān)的,基本上做到了135萬每公斤以上的水平。

現(xiàn)在產(chǎn)品業(yè)化的進(jìn)展,實(shí)際上在國家政策的推動(dòng)下,無論我們的一些研發(fā)的項(xiàng)目,還是我們補(bǔ)貼政策,其實(shí)對(duì)中國新能源汽車包括動(dòng)力電池技術(shù)的推動(dòng)還是非常大的,對(duì)這個(gè)產(chǎn)業(yè)促進(jìn)。目前來說整個(gè)電池行業(yè)來說,電池企業(yè)數(shù)量目前慢慢在聚集在2018年的時(shí)候在90家左右,今年還要低很多,因?yàn)楹芏嗟钠髽I(yè)運(yùn)營過程中存在很多的困難。

在2018年的配套量上面還是這樣的水平,從這個(gè)是純占有率,尤其從全球來看中國還是處于第一位,尤其是新能源汽車這樣的一個(gè)銷量,其實(shí)做了一個(gè)很大的貢獻(xiàn),那從產(chǎn)業(yè)鏈的角度來說,全球最完善的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)建立了起來了,包括我們的材料、裝備利用和回收,還有標(biāo)準(zhǔn)體系和測試評(píng)價(jià)等等的問題,我們還有一個(gè)全球最龐大的產(chǎn)業(yè)工人的隊(duì)伍。我們想對(duì)于動(dòng)力電池的產(chǎn)業(yè)是一個(gè)很大的支撐。

我們整個(gè)產(chǎn)能規(guī)模是超過了4000億瓦,這還是虛一點(diǎn),根據(jù)企業(yè)報(bào)告的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的。真正的有效的產(chǎn)能大概在1000億瓦的水平,這樣的比例是50%左右,實(shí)際上有幾家企業(yè)產(chǎn)銷量還是非常大的像寧德、比亞迪這樣的企業(yè),如果把這些再刨一刨的話,這樣的企業(yè)是非常低的。這其實(shí)對(duì)行業(yè)也是比較大的影響。

再看看電池基礎(chǔ)路線的變化,這個(gè)是以研發(fā)的項(xiàng)目來支持的,像一些科技部的重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng),像工信部發(fā)改委支持的項(xiàng)目,還是向好品能電池發(fā)展,我們在這樣材料體系的情況下,我們盡可能把電池的能量密度提升,通過這些材料指標(biāo)的設(shè)計(jì)進(jìn)行新材料的研發(fā)和應(yīng)用。

同時(shí)一個(gè)新電池以固態(tài)電池做前站的項(xiàng)目進(jìn)行支持,剛才講的這樣一個(gè)應(yīng)用情況,把前端應(yīng)用情況再稍微一下,第一個(gè)就是磷酸鐵鋰運(yùn)用在大巴車,能量密度單體160公斤千瓦每公斤以上,每一個(gè)企業(yè)做的磷酸鐵鋰能量密度達(dá)到150挖的水平,這樣也可以在輕型車?yán)镒霰容^好的應(yīng)用。

再有就是三元材料跟石墨做這樣的匹配,尤其是523的跟人造石墨做這樣的匹配,在氫用車有一個(gè)大規(guī)模的應(yīng)用,比如說我們可以做到4.25的水平,我們在這個(gè)材料里提高供電的電壓,提到4.3或者4.35,提高一些能量密度。我們做快充的,跟人造石墨跟軟碳這樣做一個(gè)負(fù)級(jí)的匹配的話,做到單體能量密度130千瓦每公斤,做到5倍的水平。

再有一類就是高鎳的材料,像62811跟人造石墨做這樣的匹配或者一些人造石墨跟硅氧做混合的賦級(jí)材料,在大裝兩的材料或者圓柱形的材料進(jìn)行應(yīng)用。21700可以做到250瓦每公斤的水平,在方型也可以做到這個(gè)水平,這是目前實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的材料體系。

從2020年再往后看兩三年,這個(gè)表也列了可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的體系,第一類就是我們在國家發(fā)展研究專項(xiàng)的電池有一個(gè)比較好的應(yīng)用,我們用811或者無鋁的和硅碳的負(fù)級(jí)材料做的匹配,按照現(xiàn)象的這樣的一個(gè)規(guī)劃,到2021年左右的時(shí)候,在市面上我們有11萬輛車的配套量。

現(xiàn)在也一個(gè)關(guān)注點(diǎn)比較高的,在現(xiàn)在基礎(chǔ)上再提升,做到400瓦每公斤的電池,我們正級(jí)采用富鋰錳基的正級(jí)材料,這樣做這樣的匹配的話,如果我們把它的充電的電壓再做匹配的話,這樣的指標(biāo)有可能實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)在關(guān)注度比較高的就是固態(tài)電池,目前來說能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化或者在2020年往后的實(shí)現(xiàn)技術(shù)路線,首先是鋰離子電池的固態(tài)化,而我們只是把電解質(zhì)或者隔膜稍微做這樣的調(diào)整,這類電池有可能在2020年以后在產(chǎn)品做這樣的應(yīng)用。

從長遠(yuǎn)來看還是做新體系、新產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究的,這個(gè)就是真正的固態(tài)電池,也就是我們不僅采用金屬鋁,電解質(zhì)就用固態(tài)電解質(zhì),把硫化物等等這些真正用起來,這是真正的固態(tài)。

目前來說中國的動(dòng)力電池標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)該全球來看是最完善或者涵蓋面最廣泛,像安全性循環(huán)壽命、回收利用、互換性等等都制訂了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn),這些標(biāo)準(zhǔn)也指導(dǎo)了現(xiàn)在新能源汽車上公告的工作。

這里有一些大家關(guān)注度比較高的,像電池的編碼跟體系利用也是相關(guān)的,尺寸也是制定了國家相應(yīng)推薦的標(biāo)準(zhǔn),這里涵蓋了方形的、軟包的代表性的產(chǎn)品,基本上這里都體現(xiàn)出來了,還有工廠設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn),這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都頒布實(shí)施了,這里有一些條款是強(qiáng)制性的,對(duì)擴(kuò)建的企業(yè)也要遵循這樣的標(biāo)準(zhǔn)。

目前還有大家關(guān)注度最高的動(dòng)力電池安全的強(qiáng)標(biāo),把原來單體模塊和系統(tǒng)國家推薦性標(biāo)準(zhǔn),把安全測試項(xiàng)目做了這樣的匯總和集中,在這個(gè)強(qiáng)標(biāo)里體現(xiàn)出來。比如說在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)里著重是以系統(tǒng)作為這個(gè)的制定標(biāo)準(zhǔn)的側(cè)重點(diǎn),還涵蓋單體的具體要求,同時(shí)把熱擴(kuò)散的測試項(xiàng)目相當(dāng)于新增,這樣的項(xiàng)目在國際的汽車運(yùn)動(dòng)安全熱制控、擴(kuò)散的項(xiàng)目在電動(dòng)汽車安全全球技術(shù)法規(guī)里大家最后討論達(dá)到一個(gè)共識(shí)的項(xiàng)目,相當(dāng)于是新增的,現(xiàn)在涉及到電動(dòng)汽車安全。

歸根到底是電池包括了電池系統(tǒng)出現(xiàn)的問題,我跟大家說不清楚是什么樣的問題,有些情況下說不清楚,最終體現(xiàn)的結(jié)果就是電池發(fā)生了熱失控和熱擴(kuò)散的現(xiàn)象,從而造成電池出現(xiàn)熱擴(kuò)散的事故,同時(shí)整車出現(xiàn)安全事故,在這里做了比較好的流程規(guī)范,這個(gè)已經(jīng)把工信部裝備中心引用了,做了一個(gè)相當(dāng)于大家自愿性的試驗(yàn)項(xiàng)目,按這個(gè)做了以后,對(duì)電池的模塊的擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)做了一個(gè)降級(jí),這是自愿性的,最后把這個(gè)數(shù)據(jù)累計(jì)以后,最后建成一個(gè)強(qiáng)制性的要求。

這個(gè)安全現(xiàn)在來說前面講的出現(xiàn)了很多的安全事故,我們統(tǒng)計(jì)完了以后充電的時(shí)候出現(xiàn)問題,碰撞、潛水的時(shí)候出現(xiàn)問題等等,各位問題都有。有一些情況下出現(xiàn)自燃的情況,自燃的情況大家不知道什么原因造成的,這種情況下我們怎么來解決這樣一些問題?無論對(duì)我們電池體還是對(duì)做電池系統(tǒng)集成的企業(yè),包括我們整車的企業(yè),對(duì)安全的考核和評(píng)價(jià)還是作為重點(diǎn)。包括我們對(duì)原因的分析,實(shí)際上有一些原因可以分析出來,但是一些原因分析不出來,在這種前提下前面講了熱失控、熱擴(kuò)散大家做的比較多,關(guān)注度比較高。

如果我們從安全性技術(shù)角度來看的話,我們更應(yīng)該從電池的全產(chǎn)業(yè)鏈考慮這樣一些安全的技術(shù)包括安全風(fēng)險(xiǎn)的控制。像我們電池的材料,還有過程中遇到的問題,包括測試驗(yàn)證以及現(xiàn)在的安全監(jiān)控,我們可以從方方面面做這樣的安全風(fēng)險(xiǎn)的控制,包括安全技術(shù)的應(yīng)用,對(duì)這種前提下我想目前的新能源汽車出現(xiàn)的安全問題,它的比例或者頻率會(huì)逐漸降低,最終回到行業(yè)能夠接受的程度。

第一個(gè)就是看看正負(fù)級(jí)材料這類里,我們采用安全性的技術(shù),比如說我們通過殘攙雜包覆等等,我們采PTC的材料,對(duì)正級(jí)材料的安全性和使用過程的穩(wěn)定性,會(huì)給它作為這樣的提升,包括負(fù)級(jí),尤其是石墨用的比較多一些,比如說我們對(duì)石墨自身做一些改性,包括對(duì)石墨材料做一些攙雜,表面氧化、包覆等等這樣一些技術(shù)方案提升材料使用過程中的穩(wěn)定性和安全性。

還有隔膜和電解液做很多安全性的技術(shù)性用,比如說添加劑等等新的電解液下離子液態(tài)下做一個(gè)新的應(yīng)用考核,一些新型的語言也在采用比如說高穩(wěn)定性的語言,等等這些對(duì)電池的安全性的提升,也有一個(gè)比較好的促進(jìn)。再有一個(gè)隔膜,現(xiàn)在我們用的薄型的隔膜,在這種情況下我們對(duì)這個(gè)情況下對(duì)這個(gè)薄膜改面進(jìn)行處理,比如說做陶瓷的涂層、三氧化二鋁的涂層還有PVDF等等,在這種情況下也可以提升電池的安全性。

在材料的基礎(chǔ)上我們對(duì)電池的本身的設(shè)計(jì)也對(duì)他的安全性有比較好的提升,我們對(duì)前面開發(fā)的材料做一個(gè)比較好的選擇,對(duì)整個(gè)的材料配對(duì)的體系也有一個(gè)比較好的評(píng)價(jià),從單體電池等等也采用了相應(yīng)安全性的技術(shù)。無論我們圓柱、方形、軟包等等,從泄壓的角度采用安全性技術(shù)方案應(yīng)用。

從系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)角度來說在安全性這塊大家考慮更多,無論是電、熱、機(jī)械安全,包括功能安全,前面提的熱失控、熱擴(kuò)散方案設(shè)計(jì)。這些技術(shù)方案的設(shè)計(jì)還是按照整車對(duì)零部件的標(biāo)準(zhǔn)流程和要求進(jìn)行相應(yīng)的測試和評(píng)價(jià),對(duì)電池系統(tǒng)的安全性有一個(gè)比較大的提升。

同時(shí)智能制造對(duì)電池也有一個(gè)比較大的促進(jìn),通過制造智能提升產(chǎn)品的一致性,一致性提高的前提下,可以提高電池的安全性和可靠性,在這種情況下比如說我們CPK做到1.33甚至1.67的情況下,我們可以對(duì)動(dòng)力電池采用分選的方式,就是我們在智能工廠或者智能制造工廠生產(chǎn)出來的產(chǎn)品,我們可以直接去做應(yīng)用和系統(tǒng)集成,因?yàn)橹虚g過程中通過智能化控制的措施把中間的不合格的品做有效的剔除。

再有一個(gè)就是安全性技術(shù)測試的運(yùn)用,前面講了這么多的方案和路線,我們要做一個(gè)比較好的評(píng)價(jià)或者做一個(gè)深入的評(píng)價(jià),既有材料的評(píng)價(jià)也有系統(tǒng)的評(píng)價(jià),我們要在全生命周期,使用的前中后期做一個(gè)比較深入的評(píng)價(jià),尤其是安全性這塊,做一個(gè)比較好的評(píng)價(jià),現(xiàn)在出現(xiàn)很多的安全性的問題還是由于大家在產(chǎn)品使用過程中考核驗(yàn)證的不充分造成的。從全生民周期額對(duì)材料、電池、安全系統(tǒng)做考核評(píng)價(jià),這也是安全性提升的很重要的手段。

最后再說一下安全監(jiān)控,基本上形成了三級(jí)監(jiān)控企業(yè)級(jí)、省市級(jí)到國家級(jí)三級(jí)監(jiān)控手段。并且對(duì)電池系統(tǒng)使用過程中的碰到的個(gè)問題會(huì)實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)控,在整車使用過程中有上電的過程中,就是未休眠情況和休眠情況下,做一個(gè)比較好的監(jiān)控流程和響應(yīng)的措施。

我就給大家匯報(bào)這么多,謝謝大家!


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