王芳:动力电池是系统工程,要把安全事故的机率降到最低

会上,中国汽车技术研究中心首席专家王芳、新能源室主任王芳做了精彩发言,内容整理如下:
我给大家汇报的是动力电池的标准与测试相关的一些东西。今天我给大家分享的内容主要分四个部分,第一,一些迁延性的内容介绍,第二,现行的电池产品的一些相关标准,重要的标准和评价。第三,电池的一些现在正在指定的其他的大家可能会比较关注的一些重要标准情况的介绍。第四,总结。
第一,首先是前沿性的东西。在这儿我想简单的介绍一下,可能很多人知道,因为咱们电动汽车有一个标委会,在秘书处挂靠在我们中心的标准所,这个标委会和咱们的碱性电池标委会,在09年的时候联合成立了一个动力电池的工作组,就是标准工作组,负责电池标准制定的相关工作。在这个标准工作组成立的时候有这样一些规划,涉及到的标准会涵盖这样一些内容,包括材料、装备、电池单体模块和系统的这样一些产品以及使用过程中一些要求相关的标准。整个标准体系目前来说涵盖的有这样一些内容,第一,电性能,这方面刚才肖主任有提到相应的标准,包括31486单体模块的性能与要求,也包括31467.1的要求,第二,寿命,31484,里面对单体、模块和系统都进行了一些寿命测试的建议。第三,安全性,包括31486和31467.3,我后面还会介绍有一个GB的标准,GB的强标下一年明年也会启动起草,也会关心到从单体模块到系统整个层级的安全性。第四,互换性的标准。包含我们在2010年出台的QC/T840,新的GB/T的标准正在制定当中。第五,回收利用,有一系列的,因为回收利用也有整个的标准的体系的规划路线,里面目前涵盖了10几个标准,有几个已经报批,有几个正在制定当中。第六,附件,包含BMS、电池箱等等,包括高压线速、接插件等等一些标准,也在陆陆续续的研究当中。
因为刚才提到标准的事,对于评价来说,对于具体的产品的评价我们还是从这三个其实也是我说的三纵三横,就是从单体模块到系统这三个层级,更多的关心的是从他的一致性和寿命,以及安全性三大方面会有具体细节的一些考评和评价。
下面讲具体的第二部分,就是现行产品的一些标准和测试评价的情况,我主要是结合我们现在标准的实施情况,因为这个标准是2015年5月份出台的,到现在也一年多的时间,做了大量的测试,我就把测试大概的情况给大家做一个汇报。
测试的对象主要涵盖单体、模块和系统。评价的指标主要是集中于对于电池的一致性、电性能、寿命、安全几个方面的关注。我们在做的时候,主要依据的是那六个标准:第一,484—2015,就是关于它的循环寿命的要求。循环寿命要求这儿我想提一下,其实循环寿命里面规定了常规的循环,也规定了工况的循环,但是常规是有要求的500次不低于90%,目前根据我们的测试结果,平均的水平大概是在500次以后能够保持92%—97%的会居多,这是现在的一个状态。因为老有行业的专家和朋友问到,咱们循环到底寿命有多少次,因为这个周期比较长,测试成本比较高,不知道企业自己内部做没做评估,至少从我那儿测试的数据来说,只能得到500次的这样一个结果,大家再去反推。
第二个想说一下的就是工况循环的测试,目前来说,因为是一个选做的项目,而且没有判据,所以目前来说企业委托第三方测试很少,我们也做过一些共同研究,把它跟ISO的标准工况循环做了一些比对,也得到一些可比较的结果,其实这个工况跟ISO的工况还是可以去比较的,但是我们的工况有一些倍率的方面可能比它稍微的严苛一些、时间要稍微长一些。
第二个,电性能的测试。电性能测试刚才肖主任也提了我们现在目前测试的现状,我是想再补充说明一点是,从近期我有观察的比如说半年测试的现象,近一两三个月以来,电池无论是国内还是国外,主要是国内的产品,送样测试的能量密度大概会往100—210的样品比较居多,我想特别是200左右的,跟他们也做过沟通,感觉到更多的是他们来自于整车厂的一些压力,对他们提出来,从续航里程的要求,从轻量化的要求等等一些方面,对他们提出来的高比能的需求,所以目前来说这方面,就是200瓦时/公斤左右的样品会比较多。
下一个就是467.1和.2,这两个系统的性能测试标准,.1是高功能,.2是高能量,这方面我想稍微多给大家介绍几页,因为我觉得系统的性能还是非常重要的,像上一次跟大家交流的时候,可能说的更多的是安全性的东西,其实在测试的时候系统方面,我们也发现电池的单体可能你能表现出非常优异的特性,但是系统层面,比如系统的电性能也好、各个方面的性能,包括寿命,包括一致性,可能就不是那么的尽如人意,所以我觉得这个还是需要大家非常去重视的。这是我们的统计的43款的电池包,但是很短期的统计,其中冷却方式,包括液冷、风冷、自然冷却的,咱们国内产品来说自然冷却占绝大部分,液冷主要是合资企业提供的一些产品,我们可以看到,单体比能量大概是在100多—200左右,到系统大概是会降低的,我们算了一下成组率比较,磷酸铁锂会到60%多—70%几,而三元基本上在50%—55%左右。
第二个,想提一下的系统的测试就是一致性的问题。我们也是发现,其实做快充快放、倍率测试,很明显的没有做几次实验就能够明显的看到一些性能的表现差异。
第三个,简单提一下能量效率。因为之前有一些企业跟我们交流的时候也提到,包括之前的创新工程也提到一个指标,能量达到97%还是90%几,实际上当时验收的指标都能达到,通过不同的测试方法和要求可能能够达到的,实际上根据我们使用的实际的惯性的要求,而且是正常的常规的测试,我们也是进行了总结,发现无论哪一类电池,能量低的70%多,高的不会超过95%,超过95%少之又少,我觉得是要给大家一个概念的。常规的会在85%,比如说88%—95%之间会比较多一些,锂电池的特性。功率的特性也是想强调一下,因为其实到了电池系统的层面,电池系统的这种充电功率和放电功率的特性,是会影响到它跟电机的动力总成系统释放出来的功率是什么状态,这是非常重要的,也决定了他能不能够接受快充或者快放这样的使用条件,这是我们要比较关注的几点。
最后讲的,就是现在大家关心的特别多,上次也专门做了专题的交流是安全性的,单体的31485的标准和系统的31467.3的安全性,这次不展开讲了,因为上次讲的特别多,后面也会专题研讨这方面。我想提一点,展示一下,我前一阵又总结了一下我们500多个样品,里边其实振动也好、挤压也好,包括冲击,包括过充,我们这次做过充和短路的实验,发现有企业的样品能够发现失效,甚至冒烟、起火的现象,所以也是大家应该重视的。
对安全方面,只讲一点,其实安全性,我觉得电池是一个系统工程,电池的安全是相对的,不安全是绝对的,所以我们只能够从系统工程出发了解到每个单体,我们把每个单体的安全性要分级考虑,就是说它处于怎样的安全风险等级,附加上这个企业集成的保护,能够做到什么呢?就是当单体热失控的时候,或者是发生这种风险的时候,模块能够不起火,或者起火的比较慢,或者是到了系统的层级,能够在他起火或者发生最终的安全事故之前,咱们的乘员能够得到提升,咱们的EVS—GTR法规也在做,也是这么一个理念,要从整个系统工程来考虑,把发生安全事故的机率降到最低,这是我们的一个目标。
第二,给大家简单介绍一下现在咱们标准工作组正在组织起草的一些比较重要的也是大家比较关注的一些标准,里面还有这样几个方面,第一个,规格尺寸的。第一个,是编码的。第三个,管理系统BMS。第四个,GB的强标、电池的安全。第五个,简单提一下48V系统,因为有些企业现在比较关注这个方面。第六个,回收利用的相关标准。规格尺寸,其实背景大家应该应该比较接触,因为之前的QC/T840的标准已经给出了一些建议,那个标准也没有完全强制实施,只是给大家推荐性的意见,那里面尺寸绝大部分已经不再生产了,我们这次希望能够尽量的给出一些标准的推荐性的尺寸,能够引导企业去按照这个方向生产,尽量的降低它的生产成本,同时也为我们后期的梯次再利用来提供这样一些便利的有可能实现的途径。所以制定思路是从单体模块到系统的层级,比如说单体我们可以看一下,单体更多的是考虑到它典型的尺寸,我们目前统计已经统计了几百种电池的规格,把它形成标准化的建议,其中分类是分成圆柱、方形、软包三大类,给出了尺寸的建议。
对于模块,更多的考虑从整车的输入端,我们要考虑整车的需求他希望什么样的模块是比较合适的,另外我们也考虑梯次再利用的输出端的需求,结合两方的需求一些贡献的要求来给出一个模块规格化的建议,我们希望能够在整车上用的比较舒服,又能为后期的梯次利用提供便利。我一直觉得,至少我个人觉得,要想实现再利用,到电芯的层级目前来说是不太可能的,到模块的层级梯次利用是非常可能的,所以我们模块的规格化是非常重要的环节。系统的标准化,目前主要的考虑方向是商用车的标准箱可能会起一些标准化的引导,乘用车目前可能不会做太多的考虑第二,编码制度,因为考虑电池的生产、销售、使用、维护、回收、梯次利用、再生等等这样一个全生命周期的溯源和管理的要求,目前编码制度里面在编码里面适用的对象包含了包模块和电池,现在目前也形成了一个初稿,大概会在10月9月、10日在宁德开标准工作组的会议,在那个会上也会进行详细的讨论。
第三,电池管理系统的技术要求QC/T897电池的管理系统大家可能比较熟悉,那里面规定了电池管理系统的SOC估算精度,对于温度电压采集的准确度,以及故障诊断功能的一些要求,我们在那个基础上也提出了这样一些构想,包括对BMS的硬件测量精度,它的可靠性和故障导向的安全要求、状况的评估、均衡的功能,从几大方面构思标准的建设,也希望从电池的使用、充电以及在电池充电以后短期的时间内放置的状态等等这样一些阶段对于整个电池的管理和它的故障诊断等等这样一些功能要求和功能安全的要求。
刚才提到的GB/T的标准,这个标准也前一段立项公示,大家可能看到了,这个标准目前打算在年底、明年年初会启动起草,起草初步的想法可能要参考国内相关的一些安全的要求,以及EVS—GTR的体验,包括其他国际标准的要求,会综合的去考虑。
48V系统只想提一点,这个主要是18384.3的修订,以前因为对于没有做详细的规定,目前根据产品的需求在里面增加了修改。同时我们现在也在对48V系统以及部件相关标准化的工作也在研究,包括系统的安全性,以及能耗,以及相关部件的一些要求,这个正在做一些测试和标准化的研究。
最后一个标准,就是回收。回收是从电池包括拆解、包装、运输、储存以及余能检测、电池评估,以及到它后期最终的材料的回收,会考虑形成一个整体的标准体系,这是之前报的标准体系,有一些标准现在正在起草当中,有一些已经立项的都在起草当中,有一些已经到了报批的阶段。
其实回收方面我还是想再多说一句,目前电池回收的规范管理条件也正在制定当中,我们也是组织了包括整车、电池以及回收再利用的企业,以及回收企业再到电池的材料企业,就是说回收以后的材料能够用于电池的原材料,我们也联合组织这些企业一起做技术攻关,也希望能够形成一个闭环的,而且在国内可复制的这样一个回收再利用的模式,所以这个示范平台的工作也在做。
最后一个总结,我国动力电池的标准化已经初步的建立,后期的测试以及标准化的工作需要根据动力电池的研发、推广和应用不断的细化、补充和完善,也会根据新的问题出现不断的去改进。另外一个,想强调一下电池的安全,电池安全涉及到从单体到整车的各个层次,电池单体的供应商、系统的集成商、整车企业应该通力的协作,这样才能保证一个系统化产品的安全性。所以建立各个级别的电池,各个层级的电池安全评价的体系,就是不同层级不同的安全评价的要求,这样一个体系是非常重要的,也是我们一直在努力、一直在做工作、做研究的一个目标。
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