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        1. 17年專注鋰電池定制

          電芯安全技術是電動汽車安全之根本

          來源:鉅大LARGE    2018-10-23    點擊量:210

          日前,萬向A一二三系統有限公司工程副總裁陳旸在中國電動汽車百人會2016夏季論壇進行了發言。以下為演講實錄:

          各位領導、專家以及各位同仁,大家下午好!非常榮幸有機會在這里與大家共同探討電池安全技術方面的問題,交流經驗。

          今天我要向大家匯報的主要包括公司的簡單介紹,我們面臨的安全問題的挑戰,A123電芯和系統安全方面的技術,以及我們對電池安全技術未來的思考。

          A123技術,大家并不陌生,于2001年啟動,是全球最大的低壓鋰電池的供應商。

          我們主要產品分為四大塊:

          第一,混合動力電池,包括12V啟動電池和48V的微混電池。

          第二,高壓乘用車,即EV和PEV車。

          第三,商用車。

          第四,賽車。我們賽車的目的是通過使用磷酸鐵鋰的高功率電池,把電池技術推向極致,我們是保時捷919團隊的指定供應商。

          面臨的挑戰。高能量密度電芯的廣泛應用和在電動車本身的廣泛應用,給電芯技術帶來巨大的挑戰。這種挑戰大家都清楚,包括電池化學體系、隔膜、陽極、陰極的設計等。全生命周期里邊SOC、SOP、SOH的算法,怎么樣做到準確,怎么樣能把功能安全的理念引入到這個系統當中。還有如何滿足12V啟停電池的特殊要求。

          質量標準方面。當有成百萬、上千萬輛的電動車在路上的時候,雖然說兩個PPM是很好的指標,但是那個時候兩個PPM可能也不夠,所以我們需要更高的質量標準。

          在電芯研發技術上,A123從基礎研發開始,磷酸鐵鋰之所以和其他客戶的磷酸鐵鋰不一樣,原因就是A123對磷酸鐵鋰的正極材料有非常深入的研究。其中,第一代的納米磷酸鐵鋰技術在市場上得到了非常廣泛的應用,現在我們研發了第二代超級納米磷酸鐵鋰技術,這個材料和第一代納米磷酸鐵鋰技術相比,材料的顆粒從原來的不規則變成了球形的顆粒,材料的直徑,原來已經很小了,現在變得更小,材料密度比原來更高,正是由于這項技術突破,使得我們從去年開始在12V鋰電池方面的技術得到了提高。原來12V鋰電池一直不能在歐洲推廣應用的主要原因是低溫啟動時不如鉛電池性能好,但現在跟鉛電池一樣,甚至比鉛電池稍稍好一點點,這是我們的經驗,要從最基礎的開始進行研究。

          高壓電池方面,我們采用同樣的理念,還要進行基礎的陽極方面的研究,帶動整個高能量密度電芯的研發。這種研發包括,當電芯能量密度從200—350Wh/kg的過程中,能量密度得以提高,安全也要保證。A123怎么樣能做到這一點?通過廣泛參與國際合作,和大專院校、國際組織、研究機構共同合作。這個例子就是和歐陽教授領導的中美清潔能源聯合研究中心進行的研究,我們還參與阿貢實驗室另外一個項目—實現電芯能量密度從200到300的提升,同時在過程中保證電池安全。同時還包括提高高鎳電芯的循環壽命,希望能夠降低產品的成本,創造出很多的技術專利,為行業做出貢獻。剛才講的48V的產品,講的是電芯的安全。現在我們講產品的安全。我們現在用的超級納米磷酸鐵鋰做成了48V電池,功率密度達到了2kW/kg,體積功率密度達到5kW/kg(這是很高的能量密度),現在這個產品已經和國內外6家主機廠開始簽訂量產合同,第一個量產合同是在今年年底,在中國,同時這個產品預計到2020年產量將達到100萬。

          這個產品的安全特性包括哪些呢?我們用鋁殼的結構,可以滿足疲勞和強度要求,這個產品的防護等級是IP67的設計,里邊甚至采樣線束都是用柔性線路板,里面有熔斷器的集成,即便進水也不會導致線路板的短路。由于電芯的電阻非常非常低,所以產生的熱量很少,我們可以采用被動冷卻,使得電芯滿足整車功能要求的情況下,不需要主動冷卻,現在我們已經有3—4輛車在吐魯番進行夏季實驗,這個產品已經完全通過了GB/T31467的實驗,而且是一次性通過的。

          這個產品的功能安全方面我簡單介紹一下。對一項安全保護,比如說過充的保護,這里邊有多少層的保護呢?首先,整車控制器的一種保護是遵循BMS的保護,如果三層保護都失靈,還有管路可以把氣體排到車外邊,即便排不到車外邊,最后一層保護,我們做了大量的實驗研究,來研究過充的情況下氣體常態是什么樣的,產生多大的熱量,最后研究的結果是這個氣體的成份和有害物質成份,遠遠低于安全標準,所以歐洲的主機廠和全球的主機廠現在都接受HOB的這個標準。

          在高壓方面有沒有采用同樣的技術?我們所有的電壓要測量、電量也測量、溫度也測量,BMS根據測量值進行判斷,如果超過電流了它會警告你,如果警告不聽我們還有硬件的保護,可以做到雙重保護。

          多層熔斷機制,我們產品有五層熔斷機制,在MSD上有熔斷器,可以保護電池包的熔斷,在模塊上有熔斷器,線束上有熔斷器,電芯本身還有熔斷器,這樣可以充分保證在短路情況下電芯安全性能得到保護。

          機械方面,我們大量使用CAE驗證我們的產品,這樣可以保證我們的機械強度。這里面我想提一點,即機械強度和我們的路況有很大的關系,我有幸參與很多全球的研發項目,歐洲廠家和我們廠家不同的地方是:歐美的廠家很少有用SAE和ISO16750作為標準來做他們的產品設計,都是根據自己整車的荷載做設計,這樣才能真正做到安全、真正的優化,我們很多情況只是用國標作為設計的標準,希望我們同行們在這方面多做一些工作,能夠針對有單個的車型做有效的、系統的友好設計。

          前段時間我們剛剛一個產品過了GB/T31467實驗,我們送去的產品都是一次性通過,我覺得這個案例在國內可能不是很多同行可以做得到的,這個基礎來源于我們大量的設計經驗和充分的應用驗證使用了CAE的方法,CAE誰都可以做,但是用驗證了的方法來做,得到準確、可靠的結果是非常重要的。

          最后談一點,我們對未來的展望。我們認為電動汽車安全根本是電芯的安全技術。但我還想強調一點細節方面的,比如密封,大家知道漏水是很大的安全問題,我們現在的密封設計,驗證方法(把箱放到水池里邊去),檢測通過了,這項就算通過了。然而實際運用當中,當這個車接近壽命尾聲的時候,密封情況如何呢?歐洲有些廠做密封設計,先通過機械疲勞,振動、沖擊,做完了這些東西之后再去做IP67,這才是真正的密封性能。同時我們的檢測還有一點沒有考慮,就是密封材料本身還有壽命的衰減,我們應該先預防密封材料本身壽命的衰減,再來滿足這個密封要求。還有電氣元件絕緣線束的可靠性問題、機械可擴性的問題等等,其中一點是全生命周期的SOP/SOH的可靠性問題。。

          最后一個總結,電池是關鍵。A123通過參加國際組織、國家研究室、大學核工業界的合作,為了確保產品質量和安全,在電池設計和制造中心執行APQP流程。A123將先進系統安全技術引入電池系統的開發過程中。A123的產品全部要要按照DVP計劃進行充分的驗證。為了進一步提高電池的可靠性,產品設計要考慮到10年以后、8年以后的安全性。因此,我們必須在實驗的先期開發一些方法,能夠實現這種驗證。這些方面希望政府能夠有一些支持,可以保證產品放到市場上“睡得著覺”。這是很重要的因素,需要主機廠和我們進行共同的合作。

          鉅大鋰電,17年專注鋰電池定制
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