中汽中心王芳：動(dòng)力電池安全是根本，品質(zhì)提升應放第一位
中國汽車(chē)技術(shù)研究中心動(dòng)力電池首席專(zhuān)家王芳作主題演講
11月17日，“2017’第二屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )暨第三屆中國電池行業(yè)智能制造研討會(huì )”繼續在北京精彩召開(kāi)。本屆峰會(huì )由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )和電池中國網(wǎng)共同主辦，天津力神電池股份有限公司聯(lián)合主辦；中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )動(dòng)力電池應用分會(huì )承辦，無(wú)錫先導智能裝備股份有限公司聯(lián)合承辦。參加此次峰會(huì )人數超600人。
在動(dòng)力電池技術(shù)創(chuàng )新分論壇上，中國汽車(chē)技術(shù)研究中心動(dòng)力電池首席專(zhuān)家王芳作主題演講，就動(dòng)力電池標準與測試評價(jià)技術(shù)的最新研究進(jìn)展同與會(huì )人員進(jìn)行了詳盡的交流探討。
以下為王芳演講內容：
我報告的內容是動(dòng)力電池標準與測試評價(jià)技術(shù)的研究，首先簡(jiǎn)單提一下動(dòng)力電池現有的一些標準。我們現有的標準體系，我在很多場(chǎng)所都講過(guò)，應該大家都知道了。不過(guò)多的陳述，只提到一點(diǎn)，現在的GB電池的強制標準正在執行當中，11月27號、28號會(huì )在杭州開(kāi)電池標準工作組的討論會(huì )。我們看一下這個(gè)標準里面一些比較重要的標準，一個(gè)就是電池單體單體模塊的標準和電池系統安全的標準，這是現在強制執行的這幾個(gè)標準，也是大家關(guān)注度比較高的。另外就是電動(dòng)客車(chē)的安全條件，我就把這幾個(gè)標準的內容跟大家匯報一下我們測試的情況。
對于電池單體來(lái)說(shuō)，剛才王主任詳細介紹了，現在電池產(chǎn)品技術(shù)水平，比如磷酸鐵鋰系統達到130瓦時(shí)每公斤，我們統計了一下，現在100到200瓦時(shí)每公斤以?xún)鹊碾姵仄鋵?shí)可以占到整個(gè)占比的85%。安全這一塊，單體模塊的安全測試，從電、機械和環(huán)境這三個(gè)方面做一些常規性的測試，相對來(lái)說(shuō)，里面現在問(wèn)題比較多的是過(guò)充，對于現在高比能的三元電池來(lái)說(shuō)會(huì )有一定的難度。
到電池系統性能的測試，有一個(gè)跟補貼掛鉤的就是電池能量密度的測試，我們對今年上半年到下半年的電池產(chǎn)品的能量密度進(jìn)行分析，可以看到這幾個(gè)月的時(shí)間內，能量密度提升了大概十瓦時(shí)每公斤以上，成組率增加了5%以上。這幾個(gè)月里面，大家看這個(gè)電池系統成組的方式也有很明顯的變化。補貼的能量密度要求對大家成組技術(shù)的一些選擇的影響。我希望企業(yè)在追求能量補貼的同時(shí)，也要盡可能多考慮首先把電池品質(zhì)提升能夠放在第一位。
機械振動(dòng)和擠壓這兩項比較難通過(guò)，我們在這個(gè)基礎上，7月份提出了修改單，振動(dòng)變成了一個(gè)三個(gè)小時(shí)的振動(dòng)，原來(lái)是21小時(shí)三個(gè)方向的隨機振動(dòng)，修改單以后，這個(gè)機械安全通過(guò)率明顯提升。電動(dòng)客車(chē)的安全條件里面，跟電池相關(guān)的主要是熱失控，這個(gè)實(shí)驗相對來(lái)說(shuō)是非常嚴苛的，對于高比能的三元電池來(lái)說(shuō)，通過(guò)是非常難的。另外一個(gè)實(shí)驗就是熱擴散，它用三種過(guò)充或者加熱的方式，把電池里面的一個(gè)單體搞成熱失控以后，看整個(gè)系統的熱擴展情況。這個(gè)實(shí)驗進(jìn)行了很多，我第二部分測試評價(jià)主要是講兩個(gè)方面，一個(gè)就是熱擴散我們現在的研究，另外就是剛才提到的振動(dòng)。因為我們認為現在的修改單所建議的振動(dòng)是不符合實(shí)際使用的。
我們看一下整個(gè)測試評價(jià)的體系，其實(shí)電池的測試評價(jià)關(guān)注的內容會(huì )包含這樣幾個(gè)方面，包括一致性、倍率、能量和壽命的衰減，其中還有一點(diǎn)比較重要的就是安全?，F在大家非常關(guān)注，安全的本質(zhì)就是熱特質(zhì)的穩定性。首先我提一下振動(dòng)的研究，為什么要做振動(dòng)？原來(lái)的31467.3這個(gè)標準比較嚴苛一些，通過(guò)率相對較低。另外我們在修改單以后，它是一個(gè)振斜的振動(dòng)，對于不少電池的在不平衡的不規則的振動(dòng)下，它所產(chǎn)生的這樣一個(gè)掃平的振動(dòng)。我們認為在路上行駛過(guò)程當中，對于車(chē)上的部件來(lái)說(shuō)，它應該是因為壞路的顛簸而導致隨機振動(dòng)。在這種基礎上我們開(kāi)展了我們實(shí)際路譜的振動(dòng)研究，研究的基礎條件是用同樣的路面條件，同樣的采集點(diǎn)，同樣的分析方法，而且考慮到國內外的車(chē)型分布來(lái)做。具體的方法就是通過(guò)采集數據，分析數據和讓數據正規化，這是我們做的22輛車(chē)里面的部分車(chē)型，涵蓋了乘用車(chē)、商用車(chē)這樣一些車(chē)型。
第一步是獲取數據的一個(gè)過(guò)程，選用的是通縣的實(shí)驗場(chǎng)，2000年的測試規則，選擇了九個(gè)路面，包括沙石路、鵝卵石路等等這樣一些路面。在做完這個(gè)實(shí)驗以后，我們做了典型的特征路面，這是采集傳感器的安裝，安裝是非常重要的，我們要考慮到電池包跟車(chē)身連接的那個(gè)點(diǎn)去做，一般是四個(gè)安裝點(diǎn)，在特殊情況下會(huì )增加。實(shí)驗我們會(huì )做三次，每個(gè)實(shí)驗都循環(huán)做三次。做完以后，第二步就是數據分析，數據分析只是一些加強的路面，我們會(huì )去把它采集，另外數據要選三次實(shí)驗的平均值。頻率是在5到200赫茲之內，選擇它最大的PSG值，也就是功率譜密度的值。第三步，對數據進(jìn)行正規化，要考慮到電池每個(gè)電池包它的強化系數，強化系數的選擇需要依據的是ISO19453的標準去進(jìn)行。這是我們做的20多輛車(chē)的數據，在數據分析以后，我們還要進(jìn)一步對數據進(jìn)行解析，要考慮到不同車(chē)型的差異，也要考慮到頂置電池包它的差異。同時(shí)也要考慮到像剛才說(shuō)的搓板路振動(dòng)的信號，它對車(chē)部件的不同要求。同時(shí)要考慮強化測試，不會(huì )壓縮變形的情況下把它變成12個(gè)小時(shí)的振動(dòng)，減少測試的時(shí)間，最后還要進(jìn)行異常數據的剔除，最終得到現有的21小時(shí)的測試條件和12小時(shí)的強化測試條件。目前我們按照這個(gè)實(shí)驗方法，對電池包進(jìn)行振動(dòng)的測試，按照這樣六個(gè)順序來(lái)進(jìn)行實(shí)驗。
第二個(gè)，快速的過(guò)一下熱擴散的研究，熱擴散研究是因為電動(dòng)客車(chē)的安全性一直在做，在做這個(gè)實(shí)驗過(guò)程中，我們發(fā)現有幾個(gè)問(wèn)題，這三個(gè)方法的對等性如何，第二個(gè)，每個(gè)方法的重現性如何，第三個(gè)，每個(gè)方法對電池引入的外加能量對實(shí)驗結果的影響如何，第四個(gè)，熱失控的控制點(diǎn)的精確度如何，這些是需要我們進(jìn)一步研究的內容。在這個(gè)基礎上，我們又開(kāi)始了新的研究。對這三個(gè)方法進(jìn)一步細化的分析，這是我們制定的方法，這個(gè)在6月份的時(shí)候都給大家發(fā)過(guò)。包括溫度的采集以及其他的一些參數，這是我們要求在測試過(guò)程中采集的這些參數。包括溫度傳感器安裝的位置和安裝的數量都進(jìn)行了一些詳細的建議，選擇的對象，我們在這個(gè)基礎上，實(shí)驗室也開(kāi)展了一些研究。選擇的依據就是根據現有的產(chǎn)品分布，選擇了不同能量密度區間不同體系的電池做了這些實(shí)驗。
我們可以看到剛才那個(gè)實(shí)驗有些綠色的，沒(méi)有觸發(fā)熱失控的，我們對于觸發(fā)熱失控的進(jìn)行了一個(gè)分析，對引入能量的分析，大家可以看到對于加熱來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰引入的能量明顯高于過(guò)充的。而對于三元來(lái)說(shuō)，過(guò)充引入的能量它會(huì )大于加熱的。我們再細化分析一下，可以看到對于相同范圍內能量密度的電池，無(wú)論是什么體系的，它基本引入的附加能量基本是一致的。這個(gè)附加的能量是我們要考慮這個(gè)實(shí)驗本身，因為實(shí)驗而對這個(gè)產(chǎn)品的結果造成的影響，希望把這個(gè)外加影響降到越低越好。過(guò)充有很多情況下不能觸發(fā)熱失控，因為有很多電池有一些防熱失控的設計。針刺的特征，它基本能夠觸發(fā)熱失控，有部分的類(lèi)型不能觸發(fā)。加熱基本能夠觸發(fā)，有一部分到了300度還沒(méi)有熱失控，我們認為它是相對安全的。我們對加熱的結果進(jìn)行分析，找到熱失控具體的控制點(diǎn)，包括三元的，磷酸鐵鋰的，對它熱失控的時(shí)候，它的電壓、溫升速率進(jìn)行詳細的分析，它的溫度到了多少，它的電壓下降到底到百分之多少，這個(gè)便于我們能夠更精準的定義熱失控的那個(gè)點(diǎn)參數的設計。進(jìn)行溫度采集，其他參數的采集，我們這方面做了幾個(gè)樣品的測試，現在還在進(jìn)行當中。這是其中的一個(gè)樣品，大家可以看到做了兩次實(shí)驗，它的一些重現性相對還是比較好的。在這個(gè)過(guò)程中，可以看到如果對這個(gè)電池的加熱功率選的比較合適的話(huà)，一個(gè)電池觸發(fā)熱失控，它周邊的電池相對來(lái)說(shuō)不受到影響，實(shí)驗結果的重現性相對的就非常好。
我沒(méi)有下結論，是因為電池測試第二階段的工作剛剛開(kāi)始，未來(lái)還有三年。另外電池的JB強標里面到底怎么寫(xiě)，我們還在討論，還在商討，在28號那天會(huì )上會(huì )有一些初步的建議會(huì )出來(lái)，所以大家也可以關(guān)注。我的報告就到這里，謝謝大家。
?。ǜ鶕l(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
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