技術創新破解安全問題

發布人:系統管理員發布時間:2019/12/06

4、(1)中國電子科技集團公司第18研究所主任、高級工程師 肖成偉《技術創新破解安全問題》.jpg

各位領導、各位同仁大家上午好!剛才黃總跟崔秘做了兩個非常好的報告,在報告里大家也可以看到新能源汽車發展的趨勢,包括相關的國家的最新政策。從兩位報告來看的話,感覺新能源汽車包括整車行業現在發展很不樂觀,我覺得是各種因素導致的,無論國際國內的因素,其實現在傳遞的面非常廣,比如說對新能源汽車傳遞到電池的領域。

我最近在外面也走訪了一些整車廠,包括電池廠,現在感覺確實是一個“涼意”很濃,從另外一個角度長遠的角度來看,我覺得無論我自己還有在座的各位我還是建議持一個謹慎樂觀的態度看這樣的趨勢,我覺得無論是行業的發展還是國家的發展我覺得還是需要一些,大家在座各位共同努力來應對這個新能源汽車發展過程中遇到的這樣困難。

對電池來說,給我這樣的題目是講安全的,我這個還是比較泛泛來講,還是宏觀的東西。第一個講從電池的趨勢來包括我們現在的一些對電池方面的標準和法規,最后宏觀介紹一下安全這方面的應用的技術,背景前面兩位專家已經講了,在現在的形勢下,原來推測新能源汽車應該在150萬輛左右,這個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,一個是國內外的形勢,還有補貼退坡的影響還是大,在這種情況下怎么應對?其實是兩個趨勢,對新能源汽車用的趨勢,一個是我們盡可能做到低成本,再有一個做到高性能,是非常極端的情況,最后的結果還是希望能夠做到低成本跟高性能相結合。

目前來看大家還是本著兩個極端看,第一個是低成本的降低,再有一個做高端的電池,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。從發展的趨勢來看還是鋰子電池,是目前研發和產業化的重點,無論用在我們的混合動力,包括燃料電池這樣的地方都沒有問題,我們對電池的要求現在高安全、長壽、低成本是我們追求的目標,前面也講了這樣的概念,在這樣的基礎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,如果達到這個就可以跟燃油車和成本使用的情況做一個建設。

前面兩位專家也講,無論我們在哪一類電動車里都會用到動力電池,包括我們的微混、中混、全混、燃料電池從目前發展的趨勢來看,整車企業發展趨勢來看的話,對中國的整車企業現在主要以純電動包括一些車型和產品在市場上推廣的應用,對歐洲來講,尤其是德國來講應該是以插混的為主,當然還可以兼顧一部分產品的技術路線。對日本來說基本上是以混合動力為主,當然會兼顧一點純電動,中國是以純電動為主,兼顧一部分的插電,大的格局是這樣區分,這樣的格局會持續比較長的時間。

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

電池的能量密度來說現在基本上做到了120瓦,包括今年很多車已經到了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,但是目前我覺得還是非常難,挑戰性還是很大。

在專用車的領域里,現在基本上以三元和磷酸鐵鋰兩分天下,跟補貼還是掛鉤的,它的能量密度是115瓦每公斤以上的水平。在商用車的領域里,對插電式混合動力的商用車的混合動力還是以錳酸鎳為主,實際上還是一個混合的材料,負級材料還是石墨,這類的材料體系的電池應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。這個能量密度跟補貼是相關的,基本上做到了135萬每公斤以上的水平。

現在產品業化的進展,實際上在國家政策的推動下,無論我們的一些研發的項目,還是我們補貼政策,其實對中國新能源汽車包括動力電池技術的推動還是非常大的,對這個產業促進。目前來說整個電池行業來說,電池企業數量目前慢慢在聚集在2018年的時候在90家左右,今年還要低很多,因為很多的企業運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銷量,其實做了一個很大的貢獻,那從產業鏈的角度來說,全球最完善的產業鏈已經建立了起來了,包括我們的材料、裝備利用和回收,還有標準體系和測試評價等等的問題,我們還有一個全球最龐大的產業工人的隊伍。我們想對于動力電池的產業是一個很大的支撐。

我們整個產能規模是超過了4000億瓦,這還是虛一點,根據企業報告的數據統計的。真正的有效的產能大概在1000億瓦的水平,這樣的比例是50%左右,實際上有幾家企業產銷量還是非常大的像寧德、比亞迪這樣的企業,如果把這些再刨一刨的話,這樣的企業是非常低的。這其實對行業也是比較大的影響。

再看看電池基礎路線的變化,這個是以研發的項目來支持的,像一些科技部的重點研發專項,像工信部發改委支持的項目,還是向好品能電池發展,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,通過這些材料指標的設計進行新材料的研發和應用。

同時一個新電池以固態電池做前站的項目進行支持,剛才講的這樣一個應用情況,把前端應用情況再稍微一下,第一個就是磷酸鐵鋰運用在大巴車,能量密度單體160公斤千瓦每公斤以上,每一個企業做的磷酸鐵鋰能量密度達到150挖的水平,這樣也可以在輕型車里做比較好的應用。

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,在氫用車有一個大規模的應用,比如說我們可以做到4.25的水平,我們在這個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負級的匹配的話,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材料,在大裝兩的材料或者圓柱形的材料進行應用。21700可以做到250瓦每公斤的水平,在方型也可以做到這個水平,這是目前實現產業化的材料體系。

從2020年再往后看兩三年,這個表也列了可以實現產業化的體系,第一類就是我們在國家發展研究專項的電池有一個比較好的應用,我們用811或者無鋁的和硅碳的負級材料做的匹配,按照現象的這樣的一個規劃,到2021年左右的時候,在市面上我們有11萬輛車的配套量。

現在也一個關注點比較高的,在現在基礎上再提升,做到400瓦每公斤的電池,我們正級采用富鋰錳基的正級材料,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,這樣的指標有可能實現。

現在關注度比較高的就是固態電池,目前來說能夠實現產業化或者在2020年往后的實現技術路線,首先是鋰離子電池的固態化,而我們只是把電解質或者隔膜稍微做這樣的調整,這類電池有可能在2020年以后在產品做這樣的應用。

從長遠來看還是做新體系、新產業技術研究的,這個就是真正的固態電池,也就是我們不僅采用金屬鋁,電解質就用固態電解質,把硫化物等等這些真正用起來,這是真正的固態。

目前來說中國的動力電池標準體系應該全球來看是最完善或者涵蓋面最廣泛,像安全性循環壽命、回收利用、互換性等等都制訂了相應的國家標準,這些標準也指導了現在新能源汽車上公告的工作。

這里有一些大家關注度比較高的,像電池的編碼跟體系利用也是相關的,尺寸也是制定了國家相應推薦的標準,這里涵蓋了方形的、軟包的代表性的產品,基本上這里都體現出來了,還有工廠設計的標準,這個標準都頒布實施了,這里有一些條款是強制性的,對擴建的企業也要遵循這樣的標準。

目前還有大家關注度最高的動力電池安全的強標,把原來單體模塊和系統國家推薦性標準,把安全測試項目做了這樣的匯總和集中,在這個強標里體現出來。比如說在這個標準里著重是以系統作為這個的制定標準的側重點,還涵蓋單體的具體要求,同時把熱擴散的測試項目相當于新增,這樣的項目在國際的汽車運動安全熱制控、擴散的項目在電動汽車安全全球技術法規里大家最后討論達到一個共識的項目,相當于是新增的,現在涉及到電動汽車安全。

歸根到底是電池包括了電池系統出現的問題,我跟大家說不清楚是什么樣的問題,有些情況下說不清楚,最終體現的結果就是電池發生了熱失控和熱擴散的現象,從而造成電池出現熱擴散的事故,同時整車出現安全事故,在這里做了比較好的流程規范,這個已經把工信部裝備中心引用了,做了一個相當于大家自愿性的試驗項目,按這個做了以后,對電池的模塊的擴充實驗做了一個降級,這是自愿性的,最后把這個數據累計以后,最后建成一個強制性的要求。

這個安全現在來說前面講的出現了很多的安全事故,我們統計完了以后充電的時候出現問題,碰撞、潛水的時候出現問題等等,各位問題都有。有一些情況下出現自燃的情況,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?無論對我們電池體還是對做電池系統集成的企業,包括我們整車的企業,對安全的考核和評價還是作為重點。包括我們對原因的分析,實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、熱擴散大家做的比較多,關注度比較高。

如果我們從安全性技術角度來看的話,我們更應該從電池的全產業鏈考慮這樣一些安全的技術包括安全風險的控制。像我們電池的材料,還有過程中遇到的問題,包括測試驗證以及現在的安全監控,我們可以從方方面面做這樣的安全風險的控制,包括安全技術的應用,對這種前提下我想目前的新能源汽車出現的安全問題,它的比例或者頻率會逐漸降低,最終回到行業能夠接受的程度。

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

還有隔膜和電解液做很多安全性的技術性用,比如說添加劑等等新的電解液下離子液態下做一個新的應用考核,一些新型的語言也在采用比如說高穩定性的語言,等等這些對電池的安全性的提升,也有一個比較好的促進。再有一個隔膜,現在我們用的薄型的隔膜,在這種情況下我們對這個情況下對這個薄膜改面進行處理,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。

在材料的基礎上我們對電池的本身的設計也對他的安全性有比較好的提升,我們對前面開發的材料做一個比較好的選擇,對整個的材料配對的體系也有一個比較好的評價,從單體電池等等也采用了相應安全性的技術。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方案應用。

從系統技術設計角度來說在安全性這塊大家考慮更多,無論是電、熱、機械安全,包括功能安全,前面提的熱失控、熱擴散方案設計。這些技術方案的設計還是按照整車對零部件的標準流程和要求進行相應的測試和評價,對電池系統的安全性有一個比較大的提升。

同時智能制造對電池也有一個比較大的促進,通過制造智能提升產品的一致性,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,我們可以對動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出來的產品,我們可以直接去做應用和系統集成,因為中間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。

再有一個就是安全性技術測試的運用,前面講了這么多的方案和路線,我們要做一個比較好的評價或者做一個深入的評價,既有材料的評價也有系統的評價,我們要在全生命周期,使用的前中后期做一個比較深入的評價,尤其是安全性這塊,做一個比較好的評價,現在出現很多的安全性的問題還是由于大家在產品使用過程中考核驗證的不充分造成的。從全生民周期額對材料、電池、安全系統做考核評價,這也是安全性提升的很重要的手段。

最后再說一下安全監控,基本上形成了三級監控企業級、省市級到國家級三級監控手段。并且對電池系統使用過程中的碰到的個問題會實現有效的監控,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,做一個比較好的監控流程和響應的措施。

我就給大家匯報這么多,謝謝大家!


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