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        1. 17年专注锂电池定制

          电芯安全技术是电动汽车安全之根本

          来源:钜大LARGE    2018-10-23    点击量:253

          日前,万向A一二三系统有限公司工程副总裁陈旸在中国电动汽车百人会2016夏季论坛进行了发言。以下为演讲实录:

          各位领导、专家以?#26696;?#20301;同仁,大家下午好!非常荣幸有机会在这里与大家共同探讨电池安全技术方面的问题,交流经验。

          今天我要向大家汇报的主要包括公司的简单介绍,我们面临的安全问题的挑战,A123电芯和系统安全方面的技术,以及我们对电池安全技术未来的思考。

          A123技术,大家并不陌生,于2001年启动,是全球最大的低压锂电池的供应商。

          我们主要产品分为四大块:

          第一,混合动力电池,包括12V启动电池和48V的微混电池。

          第二,高压乘用车,即EV和PEV车。

          第三,商用车。

          第四,赛车。我们赛车的目的是通过使用磷酸铁锂的高功率电池,把电池技术推向极致,我们是保时捷919团队的指定供应商。

          面临的挑战。高能量密度电芯的广泛应用和在电动车本身的广泛应用,给电芯技术带来巨大的挑战。这种挑战大家都清楚,包括电池化学体系、隔膜、阳极、阴极的设计等。全生命周期里边SOC、SOP、SOH的算法,怎么样做到准确,怎么样能把功能安全的理?#38044;?#20837;到这个系?#36710;?#20013;。还有如何满足12V启停电池的特殊要求。

          质量标准方面。当有成百万、上千万辆的电动车在?#39134;?#30340;时候,虽然说两个PPM是很好的?#21103;輳?#20294;是那个时候两个PPM可能也?#36824;唬?#25152;以我们需要更高的质量标准。

          在电芯研发技术上,A123从基础研发开始,磷酸铁锂之所以和其他客户的磷酸铁锂不一样,原因就是A123对磷酸铁锂的正极材料有非常深入的?#33455;俊?#20854;中,第一代的纳米磷酸铁锂技术在市场?#31995;?#21040;了非常广泛的应用,现在我们研发了第二代超级纳米磷酸铁锂技术,这个材料和第一代纳米磷酸铁锂技术相比,材料的颗粒从原来的?#36824;?#21017;变成了球形的颗粒,材料的?#26412;叮?#21407;来已经很小了,现在变得更小,材料密度比原来更高,正是由于这项技术突破,使得我们从去年开始在12V锂电池方面的技术得到了提高。原来12V锂电池一直不能在?#20998;?#25512;广应用的主要原因是低温启动时不如铅电池性能好,但现在跟铅电池一样,甚至比铅电池稍?#38498;?#19968;点点,这是我们的经验,要从最基础的开始进行?#33455;俊?br/>
          高压电池方面,我们采用同样的理念,还要进行基础的阳极方面的?#33455;浚?#24102;动整个高能量密度电芯的研发。这种研发包括,当电芯能量密度从200—350Wh/kg的过程中,能量密度得以提高,安全也要保证。A123怎么样能做到这一点?#23458;?#36807;广泛参与国际合作,和大专院校、国?#39318;?#32455;、?#33455;?#26426;构共同合作。这个例子就是和欧阳教授领导的中美清洁能源联合?#33455;?#20013;心进行的?#33455;浚?#25105;们还参与阿贡实验室另外一个项目—实现电芯能量密度从200到300的提升,同时在过程中保证电池安全。同时还包括提高高镍电芯的循环寿命,希望能够降低产品的成本,创造出很多的技术专利,为行业做出贡献。刚才讲的48V的产品,讲的是电芯的安全。现在我们讲产品的安全。我们现在用的超级纳米磷酸铁锂做成了48V电池,功率密度达到了2kW/kg,体积功率密度达到5kW/kg(这是很高的能量密度),现在这个产品已经和国内外6家主机厂开始签订量产合同,第一个量产合同是在今年年底,在中国,同时这个产品预计到2020年产量将达到100万。

          这个产品的安全特性包括哪些呢?我们用?#37327;?#30340;结构,可以满足疲劳和强度要求,这个产品的防护等级是IP67的设计,里边甚至采样线束都是用柔性线路板,里面有熔断器的集成,即便进水也不会导致线路板的短路。由于电芯的电阻非常非常?#20572;?#25152;以产生的热量很少,我们可以采用被动冷却,使得电芯满足整车功能要求的情况下,不需要主动冷却,现在我们已经有3—4辆车在吐鲁番进行夏季实验,这个产品已经完全通过了GB/T31467的实验,而且是一次性通过的。

          这个产品的功能安全方面我简单介绍一下。对一项安全保护,比如说过充的保护,这里边有多少层的保护呢?首先,整车控制器的一种保护是遵循BMS的保护,如果三层保护都失灵,还有管路可以把气体排到车外边,即便排不到车外边,最后一层保护,我们做了大量的实验?#33455;浚?#26469;?#33455;?#36807;充的情况下气体常态是什么样的,产生多大的热量,最后?#33455;?#30340;结果是这个气体的成份和有害物质成份,远远低于安全标准,所以?#20998;?#30340;主机厂和全球的主机厂现在都接受HOB的这个标准。

          在高压方面有没有采用同样的技术?我们所有的电压要测量、电量也测量、温度也测量,BMS根据测量?#21040;信卸希?#22914;果超过电流了它会警告你,如果警告不听我们还有?#24067;?#30340;保护,可以做到双重保护。

          多层熔断机制,我们产品有五层熔断机制,在MSD上有熔断器,可以保护电池包的熔?#24076;?#22312;模块上有熔断器,线束上有熔断器,电芯本身还有熔断器,这样可以充分保证在短?#38750;?#20917;下电芯安全性能得到保护。

          机械方面,我们大量使用CAE验证我们的产品,这样可以保证我们的机械强度。这里面我想提一点,即机械强度和我们的路况有很大的关系,我有幸参与很多全球的研发项目,?#20998;?#21378;家和我们厂家不同的地方是:欧美的厂家很少有用SAE和ISO16750作为标准来做他们的产品设计,都是根据自己整车的?#31245;?#20570;设计,这样才能真正做到安全、真正的优化,我们很多情况只是用国标作为设计的标准,希望我们同行们在这方面多做一些工作,能够针对有单个的车型做有效的、系?#36710;?#21451;好设计。

          前?#38382;?#38388;我们刚刚一个产品过了GB/T31467实验,我们送去的产品都是一次性通过,我觉得这个案例在国内可能不是很多同行可以做得到的,这个基础来源于我们大量的设计经验和充分的应用验证使用了CAE的方法,CAE谁都可以做,但是用验证了的方法来做,得到准确、可靠的结果是非常重要的。

          最后谈一点,我们对未来的展望。我们认为电动汽车安全根本是电芯的安全技术。但我还想强调一点细节方面的,比如密封,大家知道漏水是很大的安全问题,我们现在的密封设计,验证方法(把箱放到水池里边去),检测通过了,这项就算通过了。然而实际运用当中,当这个车接近寿命?#37319;?#30340;时候,密封情况如何呢?#39063;分?#26377;些厂做密封设计,先通过机械疲?#20572;?#25391;动、冲击,做完了这些东西之后再去做IP67,这才是真正的密封性能。同时我们的检测还有一点没有考虑,就是密封材料本身还有寿命的衰减,我们应该先预防密封材料本身寿命的衰减,再来满足这个密封要求。还有电气元件绝缘线束的可靠性问题、机械可扩性的问题等等,其中一点是全生命周期的SOP/SOH的可靠性问题。。

          最后一个总结,电池是关键。A123通过参加国?#39318;?#32455;、国家?#33455;?#23460;、大学核工?#21040;?#30340;合作,为了确保产?#20998;?#37327;和安全,在电池设计和制造中心执行APQP流程。A123将先进系统安全技术引入电池系?#36710;目?#21457;过程中。A123的产品全部要要按照DVP计划进行充分的验证。为了进一步提高电池的可靠性,产品设计要考虑到10年?#38498;蟆?年?#38498;?#30340;安全性。因此,我们必须在实验的先期开发一些方法,能够实现这种验证。这些方面希望政府能够有一些支持,可以保证产品放到市场上“睡?#31859;?#35273;”。这是很重要的因素,需要主机厂和我们进行共同的合作。

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