一汽赵子亮：一汽对动力电池安全的思考与解决方案-产业资讯

一汽赵子亮：一汽对动力电池安全的思考与解决方案

NE时代

阅读 1504 更新于2019-10-20 09:35:51

一是围绕动力电池的安全性，从防护体系和安全机理方面进行了论述，特别是从单体、模组、总成、BMS进行了安全设计；二是特别针对总成的密封性、热扩散进行了特殊设计；三是开展了大量的测试，包括安全性、热失控都做了很多。

本文为NE时代和同科芯能于10月16-17日联合主办的 "2019中日韩下一代新能源汽车电池技术大会"演讲嘉宾的现场实录。

演讲人：赵子亮一汽新能源开发院电池研究所所长

演讲主题：一汽对动力电池安全的思考与解决方案

各位专家，各位同行：下午好。今天非常荣幸能在这个会场跟大家分享一下我们一汽在动力电池开发方面的一些做法和自己的一些理解。

第一个方面动力电池面临的一些问题，上午各位专家已经做了很多的论述。包括材料、使用等各方面。第二个方面一汽在动力电池产品规划以及安全怎么思考的。第三个方面我们是怎么做的，最后是总结。

上午各位专家也提到中国的新能源汽车发展还是非常迅速的，特别是近四年销量都是处于首位，在整个世界新能源市场占50%左右。今年上半年的销售还是非常可观的。与此同时，也带来的安全问题，电池事故频繁发生引起了社会的关注。我们说电池的安全是最重要的，确保车辆安全是基础。所以说如何保证新能源汽车长期稳定发展，安全是第一位的，是一个前提。

我们也统计了一下，基本上安全问题存在这四种情况，充电、行驶过程中，静止发生的及其他。这些问题，从原因来看，一个是整个新能源车保有量在增加，另一个是不是上午也有专家提到的开发不完善。是不是因为新能源车市场太火，整个开发流程是不是都走通了走全了？这些安全都涉及到动力电池。从动力电池失效来看，基本分性能失效和安全失效。性能失效就通过长期的应用，性能、循环寿命等降低了；安全失效从这四个方面，机械滥用、电滥用、热滥用、电池热失控。电池的热失效对安全失效来说是非常重要的，因为这个失效与电池的材料、老化因素有关。

所以说我们也是从这几个方面，进行了动力电池的产品规划和思考。这是我们集团发布的旗羿·登峰计划，我们在安全和动力电池这块是非常关注的，而且作为一个重点一定要确保动力电池以及车辆的安全。我们在5羿核心能力方面，也是把安全和动力电池作为重要的研发内容，所有的开发都围绕着安全和电池系统包括电池管理展开工作。在三条新能源技术路线，纯电动、混动还有燃料电池，也是在纯电动上要做到极致安全，要做到四维安全防护。

在5羿核心技术方面，进一步提到了羿安和羿能核心技术，包括全生命周期的安全，还有全场景、全功能确保动力电池在全场景的应用，包括全气侯的应用都具有安全性。从我们的核心技术角度，始终把动力电池的安全放在首位。基于这个思路我们规划了六大动力电池平台，涵盖了纯电动、混动/插电以及48V，围绕着结构、功能、系统安全这三个方面开发动力电池产品。

在动力电池单体这块主要是根据不同的阶段，我们结合车辆的使用场景，开展三元和磷酸铁锂这两种体系的应用，以单体安全为起点，向性能定制发展。我们和电池厂家一起，已经开展了定制专属特性的电芯，不同的应用场景对于电池有不同的性能要求。同时也跟踪固态电池的一些技术。

模组这块主要是标准化模组355和590，同时也参加行业联盟工作。比如说CTP的开发，一方面要确保能量密度的提升，另一方面要确保系统的安全。同时，我们在管理系统这块也是建立了硬件加软件的平台产品，满足后续功能安全开发，2020年就是开发多核的控制系统，向更精细化、更安全、更低成本方向发展。

结合这些问题我们对于电池安全进行了思考，从六个方面我们认为影响动力电池的安全。可以规划为内因和外因，总体来说影响电池的安全内因是主要的，我们怎么开发好电池单体，再加上很好的应用，才能确保电池系统是安全的。所以围绕我们动力电池这块提出了“四大安全”，即热安全、电安全、机械安全和功能安全，这四个方面我们认为是电动汽车安全的核心，所以我们下一步的工作重点是围绕着怎么在电池、控制方面做开发设计。

基于这个思路介绍一下我们在安全性方面怎么做的，这是整个电池包，包括电池模块、管理系统、热管理、电气件等组成。最重要的还是电池模块，单体、高部件、机械构件这些方面，管理系统就是软硬件。我们构建的安全防护体系，其中电池安全是最重要的，电池安全的主要内因还是电池。剩下的三方面，整车方面的，我们在整上车做机械防护、碰撞等各种实验，还有充电安全和使用安全，核心还是电池本身的安全。下面主要是从单体、模板、BMS、系统四个方面进行了设计和验证。

在单体方面：与昨天开闭门会一样，电池厂家和整车厂怎么能够密切协调好，一方面电池厂家从电池的本身考虑，包括材料阻燃、高性能、各种结构、制造工艺等方面，本身电池要做好。同时要和车交接好，整车考虑各种测试，包括使用边界。怎么能把电池的性能充分利用，利用到极致，还得确保安全。这之间关系是非常紧密的。

第二个模组安全，这也是模组设计过程中我们要考虑的，机械、电气、热安全等几个方面。所以说模组这块是要兼顾单体和总成的需求。总成这块是核心，我们做了六方面的设计，第一方面就是安全间隙，确保在整车布置上有安全间隙。包括电池发生碰撞以后有必要的空间去吸能，还有受力方面的设计和防护，包括加强筋，高强度钢，结构梁等应用。还有从IP防护上，考虑各种密封形式，各种失效原因，分析进水原因，密封还有箱体之间的内外压差等。同时，还有防腐，车辆经过不同的温度湿度要考虑箱体，标准件的防腐设计。

在总成结构上我们要考虑整车的各种工况，冷却介质，冷却管路，新型冷却技术等，热失控的预警、扩散，同时现在也在做主动灭火，就是在起火的情况下通过外部结构装置把火扑灭。在结构设计上还要开展强度分析，特别是根据车的工况模拟碰撞，进行CAE分析，NVH各种计算。我们在密封设计上，特别是在过弯处采用双重密封结构，确保动力电池的防护需求。设计完以后进行测试，看看有没有效果。总之为了密封我们做了很多的实验进行验证。我们在热失控安全也是做了一些工作，同时我们在和高校合作研究热失控，设计上，电池包上箱体和模组间增加防火材料，延缓热失控时间。我们也做了一些加和不加的对比实验，还是加了以后效果非常好。

在管理系统这块开展了机械安全诊断、电气安全诊断、热安全诊断和功能安全诊断四个方面，上午也有专家提到电池功能安全。我们BMS做了上述四方面的诊断设计，同时，做了多种驾驶场景，多角度多维度的危害分析，进行了功能设计，制定了很多的测试用例进行验证。

设计完以后进行了全面的试验验证，这里面有国标、也有企标，特别是企标根据整车的使用工况，有些指标还是非常高的。如单体加热国标加到130度30分钟，企标150度，这些指标是非常严格的。单体针刺试验国标没有了，但是企标一直还有。一方面就是最低指标我们要完成国标，同时根据特殊情况我们做了一些企标的实验。模组也是，特别是从电、热、机械、环境进行了多维度的测试。

这是整个总成的试验项目，企业做总成的试验最多。特别是针对电池安全相关的，比如说过充、过温，实验项目加黑的都是企标。比如不平衡充电这是企业特殊提出来的，就是将电池总成中的一个模块放电至50%SOC，其他电池模块放电至放电截止条件，然后进行标准充电。再比如总成振动测试前，完成基本性能试验，振动试验后，再复验做电池基本性能试验，看性能是否还满足。从电、热、化学、机械、环境方面进行了总成大量验证，这些试验项目和标准是我们通过大量的路试建立的企业标准。

管理系统是按照“V”型开发流程开展工作，每一步都需要有需求、有验证。满足国家标准、企标要求，同时参考了功能安全标准，制定了四大类，26项测试项目，确保管理系统是可靠的。此外，我们还进行了热扩散的研究性实验，这个也是与清华一起针对811这种新体系开展的工作，通过这些试验，解析电池总成热蔓延的关键路径，为BMS预警策略的制定提供一些参考，后续在管理系统中要体现这种控制策略。

同时，我们在进行模拟整车的一些托底实验，这也是通过工况做大量分析，在实验过程中发现问题，分析各种伤害，模拟出来我们在台架上要做的实验。

最后总结一下，一是围绕动力电池的安全性，从防护体系和安全机理方面进行了论述，特别是从单体、模组、总成、BMS进行了安全设计；二是特别针对总成的密封性、热扩散进行了特殊设计；三是开展了大量的测试，包括安全性、热失控都做了很多。电池的寿命也做了好几款，每款电池都做了接近十个月左右。同时，在满足国标的前提下，开展了企标的制标以及测试验证。安全性方面一方面从设计上确保总成安全，另一方面我们现在和高校联合研究，开发热失效预测模型，在管理系统上实现提前预警，避免发生问题以后再报警。也与供应商一起正开展灭火装置研究。总之，通过这些工作确保电池的安全性得到了提升，来保证整车的安全性。

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