技术创新破解安全问题

发布人:系统管理员发布时间:2019/12/06

4、(1)中国电子科技集团公司第18研究所主任、高级工程师 肖成伟《技术创新破解安全问题》.jpg

各位领导、各位同仁大家上午好!刚才黄总跟崔秘做了两个非常好的报告,在报告里大家也可以看到新能源汽车发展的趋势,包括相关的国家的最新政策。从两位报告来看的话,感觉新能源汽车包括整车行业现在发展很不乐观,我觉得是各种因素导致的,无论国际国内的因素,其实现在传递的面非常广,比如说对新能源汽车传递到电池的领域。

我最近在外面也走访了一些整车厂,包括电池厂,现在感觉确实是一个“凉意”很浓,从另外一个角度长远的角度来看,我觉得无论我自己还有在座的各位我还是建议持一个谨慎乐观的态度看这样的趋势,我觉得无论是行业的发展还是国家的发展我觉得还是需要一些,大家在座各位共同努力来应对这个新能源汽车发展过程中遇到的这样困难。

对电池来说,给我这样的题目是讲安全的,我这个还是比较泛泛来讲,还是宏观的东西。第一个讲从电池的趋势来包括我们现在的一些对电池方面的标准和法规,最后宏观介绍一下安全这方面的应用的技术,背景前面两位专家已经讲了,在现在的形势下,原来推测新能源汽车应该在150万辆左右,这个还是出乎大家这样的想象。

我觉得最主要还是前面两位专家的提法,一个是国内外的形势,还有补贴退坡的影响还是大,在这种情况下怎么应对?其实是两个趋势,对新能源汽车用的趋势,一个是我们尽可能做到低成本,再有一个做到高性能,是非常极端的情况,最后的结果还是希望能够做到低成本跟高性能相结合。

目前来看大家还是本着两个极端看,第一个是低成本的降低,再有一个做高端的电池,就是我们无论用513的三元还是62813的三元等于这样的材料,这样的方向。从发展的趋势来看还是锂子电池,是目前研发和产业化的重点,无论用在我们的混合动力,包括燃料电池这样的地方都没有问题,我们对电池的要求现在高安全、长寿、低成本是我们追求的目标,前面也讲了这样的概念,在这样的基础上我们再拓展一下使用的范围很广泛,零下35度也可以使用。我们可以做到像5C用十几分钟冲到80%的能力和要求,如果达到这个就可以跟燃油车和成本使用的情况做一个建设。

前面两位专家也讲,无论我们在哪一类电动车里都会用到动力电池,包括我们的微混、中混、全混、燃料电池从目前发展的趋势来看,整车企业发展趋势来看的话,对中国的整车企业现在主要以纯电动包括一些车型和产品在市场上推广的应用,对欧洲来讲,尤其是德国来讲应该是以插混的为主,当然还可以兼顾一部分产品的技术路线。对日本来说基本上是以混合动力为主,当然会兼顾一点纯电动,中国是以纯电动为主,兼顾一部分的插电,大的格局是这样区分,这样的格局会持续比较长的时间。

在国家政策这样一个推动的情况下看看电池的应用情况,在插电式混合动力里基本上是三元材料的体系,在纯电动这块还是以三元材料的为主,然后有一部分是磷酸铁,目前大家根据双积分,目前来看磷酸铁锂的占比提升,大家最主要应对这样的市场需求,目前来说低成本是大家首先要考虑的,对企业来说首先要生存。

电池的能量密度来说现在基本上做到了120瓦,包括今年很多车已经到了160瓦。刚才崔秘提到2025年我们做260瓦每公斤,我也希望做到这点,但是目前我觉得还是非常难,挑战性还是很大。

在专用车的领域里,现在基本上以三元和磷酸铁锂两分天下,跟补贴还是挂钩的,它的能量密度是115瓦每公斤以上的水平。在商用车的领域里,对插电式混合动力的商用车的混合动力还是以锰酸镍为主,实际上还是一个混合的材料,负级材料还是石墨,这类的材料体系的电池应用的比例还是比较大的,超过70%。但是舍下一部分就是磷酸铁锂的影响。纯电动还是以磷酸铁锂为主,占比是接近70%或者在这样的水平,兼顾一些快充型的碳酸铝,刚才提的电池和混合的电池体系。这个能量密度跟补贴是相关的,基本上做到了135万每公斤以上的水平。

现在产品业化的进展,实际上在国家政策的推动下,无论我们的一些研发的项目,还是我们补贴政策,其实对中国新能源汽车包括动力电池技术的推动还是非常大的,对这个产业促进。目前来说整个电池行业来说,电池企业数量目前慢慢在聚集在2018年的时候在90家左右,今年还要低很多,因为很多的企业运营过程中存在很多的困难。

在2018年的配套量上面还是这样的水平,从这个是纯占有率,尤其从全球来看中国还是处于第一位,尤其是新能源汽车这样的一个销量,其实做了一个很大的贡献,那从产业链的角度来说,全球最完善的产业链已经建立了起来了,包括我们的材料、装备利用和回收,还有标准体系和测试评价等等的问题,我们还有一个全球最庞大的产业工人的队伍。我们想对于动力电池的产业是一个很大的支撑。

我们整个产能规模是超过了4000亿瓦,这还是虚一点,根据企业报告的数据统计的。真正的有效的产能大概在1000亿瓦的水平,这样的比例是50%左右,实际上有几家企业产销量还是非常大的像宁德、比亚迪这样的企业,如果把这些再刨一刨的话,这样的企业是非常低的。这其实对行业也是比较大的影响。

再看看电池基础路线的变化,这个是以研发的项目来支持的,像一些科技部的重点研发专项,像工信部发改委支持的项目,还是向好品能电池发展,我们在这样材料体系的情况下,我们尽可能把电池的能量密度提升,通过这些材料指标的设计进行新材料的研发和应用。

同时一个新电池以固态电池做前站的项目进行支持,刚才讲的这样一个应用情况,把前端应用情况再稍微一下,第一个就是磷酸铁锂运用在大巴车,能量密度单体160公斤千瓦每公斤以上,每一个企业做的磷酸铁锂能量密度达到150挖的水平,这样也可以在轻型车里做比较好的应用。

再有就是三元材料跟石墨做这样的匹配,尤其是523的跟人造石墨做这样的匹配,在氢用车有一个大规模的应用,比如说我们可以做到4.25的水平,我们在这个材料里提高供电的电压,提到4.3或者4.35,提高一些能量密度。我们做快充的,跟人造石墨跟软碳这样做一个负级的匹配的话,做到单体能量密度130千瓦每公斤,做到5倍的水平。

再有一类就是高镍的材料,像62811跟人造石墨做这样的匹配或者一些人造石墨跟硅氧做混合的赋级材料,在大装两的材料或者圆柱形的材料进行应用。21700可以做到250瓦每公斤的水平,在方型也可以做到这个水平,这是目前实现产业化的材料体系。

从2020年再往后看两三年,这个表也列了可以实现产业化的体系,第一类就是我们在国家发展研究专项的电池有一个比较好的应用,我们用811或者无铝的和硅碳的负级材料做的匹配,按照现象的这样的一个规划,到2021年左右的时候,在市面上我们有11万辆车的配套量。

现在也一个关注点比较高的,在现在基础上再提升,做到400瓦每公斤的电池,我们正级采用富锂锰基的正级材料,这样做这样的匹配的话,如果我们把它的充电的电压再做匹配的话,这样的指标有可能实现。

现在关注度比较高的就是固态电池,目前来说能够实现产业化或者在2020年往后的实现技术路线,首先是锂离子电池的固态化,而我们只是把电解质或者隔膜稍微做这样的调整,这类电池有可能在2020年以后在产品做这样的应用。

从长远来看还是做新体系、新产业技术研究的,这个就是真正的固态电池,也就是我们不仅采用金属铝,电解质就用固态电解质,把硫化物等等这些真正用起来,这是真正的固态。

目前来说中国的动力电池标准体系应该全球来看是最完善或者涵盖面最广泛,像安全性循环寿命、回收利用、互换性等等都制订了相应的国家标准,这些标准也指导了现在新能源汽车上公告的工作。

这里有一些大家关注度比较高的,像电池的编码跟体系利用也是相关的,尺寸也是制定了国家相应推荐的标准,这里涵盖了方形的、软包的代表性的产品,基本上这里都体现出来了,还有工厂设计的标准,这个标准都颁布实施了,这里有一些条款是强制性的,对扩建的企业也要遵循这样的标准。

目前还有大家关注度最高的动力电池安全的强标,把原来单体模块和系统国家推荐性标准,把安全测试项目做了这样的汇总和集中,在这个强标里体现出来。比如说在这个标准里着重是以系统作为这个的制定标准的侧重点,还涵盖单体的具体要求,同时把热扩散的测试项目相当于新增,这样的项目在国际的汽车运动安全热制控、扩散的项目在电动汽车安全全球技术法规里大家最后讨论达到一个共识的项目,相当于是新增的,现在涉及到电动汽车安全。

归根到底是电池包括了电池系统出现的问题,我跟大家说不清楚是什么样的问题,有些情况下说不清楚,最终体现的结果就是电池发生了热失控和热扩散的现象,从而造成电池出现热扩散的事故,同时整车出现安全事故,在这里做了比较好的流程规范,这个已经把工信部装备中心引用了,做了一个相当于大家自愿性的试验项目,按这个做了以后,对电池的模块的扩充实验做了一个降级,这是自愿性的,最后把这个数据累计以后,最后建成一个强制性的要求。

这个安全现在来说前面讲的出现了很多的安全事故,我们统计完了以后充电的时候出现问题,碰撞、潜水的时候出现问题等等,各位问题都有。有一些情况下出现自燃的情况,自燃的情况大家不知道什么原因造成的,这种情况下我们怎么来解决这样一些问题?无论对我们电池体还是对做电池系统集成的企业,包括我们整车的企业,对安全的考核和评价还是作为重点。包括我们对原因的分析,实际上有一些原因可以分析出来,但是一些原因分析不出来,在这种前提下前面讲了热失控、热扩散大家做的比较多,关注度比较高。

如果我们从安全性技术角度来看的话,我们更应该从电池的全产业链考虑这样一些安全的技术包括安全风险的控制。像我们电池的材料,还有过程中遇到的问题,包括测试验证以及现在的安全监控,我们可以从方方面面做这样的安全风险的控制,包括安全技术的应用,对这种前提下我想目前的新能源汽车出现的安全问题,它的比例或者频率会逐渐降低,最终回到行业能够接受的程度。

第一个就是看看正负级材料这类里,我们采用安全性的技术,比如说我们通过残搀杂包覆等等,我们采PTC的材料,对正级材料的安全性和使用过程的稳定性,会给它作为这样的提升,包括负级,尤其是石墨用的比较多一些,比如说我们对石墨自身做一些改性,包括对石墨材料做一些搀杂,表面氧化、包覆等等这样一些技术方案提升材料使用过程中的稳定性和安全性。

还有隔膜和电解液做很多安全性的技术性用,比如说添加剂等等新的电解液下离子液态下做一个新的应用考核,一些新型的语言也在采用比如说高稳定性的语言,等等这些对电池的安全性的提升,也有一个比较好的促进。再有一个隔膜,现在我们用的薄型的隔膜,在这种情况下我们对这个情况下对这个薄膜改面进行处理,比如说做陶瓷的涂层、三氧化二铝的涂层还有PVDF等等,在这种情况下也可以提升电池的安全性。

在材料的基础上我们对电池的本身的设计也对他的安全性有比较好的提升,我们对前面开发的材料做一个比较好的选择,对整个的材料配对的体系也有一个比较好的评价,从单体电池等等也采用了相应安全性的技术。无论我们圆柱、方形、软包等等,从泄压的角度采用安全性技术方案应用。

从系统技术设计角度来说在安全性这块大家考虑更多,无论是电、热、机械安全,包括功能安全,前面提的热失控、热扩散方案设计。这些技术方案的设计还是按照整车对零部件的标准流程和要求进行相应的测试和评价,对电池系统的安全性有一个比较大的提升。

同时智能制造对电池也有一个比较大的促进,通过制造智能提升产品的一致性,一致性提高的前提下,可以提高电池的安全性和可靠性,在这种情况下比如说我们CPK做到1.33甚至1.67的情况下,我们可以对动力电池采用分选的方式,就是我们在智能工厂或者智能制造工厂生产出来的产品,我们可以直接去做应用和系统集成,因为中间过程中通过智能化控制的措施把中间的不合格的品做有效的剔除。

再有一个就是安全性技术测试的运用,前面讲了这么多的方案和路线,我们要做一个比较好的评价或者做一个深入的评价,既有材料的评价也有系统的评价,我们要在全生命周期,使用的前中后期做一个比较深入的评价,尤其是安全性这块,做一个比较好的评价,现在出现很多的安全性的问题还是由于大家在产品使用过程中考核验证的不充分造成的。从全生民周期额对材料、电池、安全系统做考核评价,这也是安全性提升的很重要的手段。

最后再说一下安全监控,基本上形成了三级监控企业级、省市级到国家级三级监控手段。并且对电池系统使用过程中的碰到的个问题会实现有效的监控,在整车使用过程中有上电的过程中,就是未休眠情况和休眠情况下,做一个比较好的监控流程和响应的措施。

我就给大家汇报这么多,谢谢大家!


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