中汽中心王芳：新能源汽車動力電池技術與測試
圖為中國汽車技術研究中心動力電池首席專家王芳發(fā)表主題演講
5月22日，“2018第一屆新能源汽車及動力電池(CIBF深圳)國際交流會”在深圳會展中心舉行。中國汽車技術研究中心動力電池首席專家王芳在“新能源汽車專場——識·新政策下車電攜手的變革之路”主題論壇上發(fā)表演講。以下是演講內(nèi)容：
中國汽車技術研究中心動力電池首席專家王芳
今天我將從動力電池技術和測試評價兩個方面與大家進行分享。
首先我們看下產(chǎn)業(yè)技術方面。
2017年新能源汽車的產(chǎn)銷量分別達到了79.4和77.7萬輛的規(guī)模，與之匹配的電池裝機量達到了367億瓦時。預計到2020年，電池的需求量將達到1000億瓦時左右。其中80%的車企會找20%的電池廠配套，剩下的80%電池廠去追尋剩下20%的車廠。
到目前為止磷酸鐵鋰裝車的能量密度基本上在145Wh/Kg，三元在185Wh/kg。2017年純電動乘用車的數(shù)據(jù)里，224款車型，三元裝車數(shù)是199款，占了88.8%，能量密度在120-150 Wh/kg之間的車型占到27%。2017年整體的裝車量，磷酸鐵鋰占到50%，三元占到43%。大家可以理解，他們的分配基本上三元是乘用車，磷酸鐵鋰是商用車的分配比例。
2018年我把裝車實際報的數(shù)據(jù)進行了分析，并且將它與2017年的數(shù)據(jù)進行比較，2018年和2017年的動力電池的能量密度又有了明顯的提升，能量密度從107.6Wh/Kg上升到118.8Wh/Kg，提升幅度達到10.37%。
從整車實際應用來說，整車的性能包括加速的性能、動力性、經(jīng)濟性以及壽命。其中最重要的是安全，與之對應的，電池需要滿足的性能會有這樣幾個大的方面：包括電池的能量密度、電池的壽命，還有電池的安全性。
現(xiàn)在國家提出300Wh/Kg的概念，大家可能更多聚焦于參數(shù)，會覺得安全性、壽命方面提得過少。國家新能源重點專項布局的時候，提出了300Wh/Kg的概念，是產(chǎn)品級的水平，要求產(chǎn)品在滿足300Wh/Kg的關鍵指標同時，要滿足整車的使用要求，達到電池的安全性和壽命的基本要求。
我們對各家測試數(shù)據(jù)進行了分析，包括參加國家項目研發(fā)的、現(xiàn)在只是處于研發(fā)樣品階段，已經(jīng)有超過300Wh/Kg的樣品。當然這只是一個單一指標，綜合指標測試還沒有開始。我們認為最能實現(xiàn)這個目標的是622或是811體系，這也是各家企業(yè)在研發(fā)領域關注的焦點。
第二，我想跟大家說一下剛才提到的，我從測試的角度，看一看現(xiàn)行的狀態(tài)下電池的水平又到了什么樣的階段。
我列了一些電池方面的標準，重點提幾個方面：
首先拿能量密度說話，在提能量密度的數(shù)據(jù)統(tǒng)計的時候，我也想分享一些從中發(fā)現(xiàn)的問題。
2015-2018年，我們把實驗室測試能量密度的數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計。能量密度從2015年的90.5Wh/Kg上升到2018年137.5Wh/Kg，2018年3-5月份裝車能量密度是118Wh/Kg，這實際上也是2017年下半年裝車能量的平均密度值。
2016-2018年，電池的成組率陸續(xù)提高，從0.63上升到0.74，這是統(tǒng)計的數(shù)值，包括磷酸鐵鋰、三元的。我們再看一下2017年統(tǒng)計145款有單體和系統(tǒng)對比的數(shù)據(jù)，我們看到單體的能量密度平均值是173Wh/Kg，系統(tǒng)層級是116173Wh/Kg，這也是0.67成組率的由來。再把里面的體系進行細分可以看到，磷酸鐵鋰單體的平均值是144Wh/Kg，到了系統(tǒng)層級是117 Wh/Kg，成組率可以高達81.5%，這是平均值。
我們也有注意到，磷酸鐵鋰最高的成組率可以達到85%，這是現(xiàn)在的狀態(tài)。三元單體是183Wh/Kg，到系統(tǒng)層級是115Wh/Kg，成組率是0.64。這個也不難理解，一方面三元的安全性、熱失控的點比磷酸鐵鋰早得多，這種情況下，三元安全性集成技術的重視，在系統(tǒng)集成方面所附加的東西增多，當然會降低三元的成組率。磷酸鐵鋰用在大巴車上也是提高成組率的原因，主要是因為標準箱的設計相對來說，大家會對集成要求比乘用車的要求低一些。
大家都在看方型、圓柱之爭，到底圓柱能不能長久。我對我們實驗室的數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計，目前測試的樣本量和三個數(shù)據(jù)基本差不多。從單體到系統(tǒng)，圓柱的成組率并不占特別大的優(yōu)勢，軟包會稍微略占一點優(yōu)勢。系統(tǒng)的冷卻方式分類，我們想要找到電池哪一種冷卻方式會對系統(tǒng)能量密度有影響。我們統(tǒng)計了90多款電池包，只有三款風冷，其他都是自然冷卻，和2016年初是完全不一樣的，2016年初選擇液冷的乘用車越來越多，2017年受到補貼和其他因素的影響，選擇液冷、風冷的越來越少，更多傾向于自然冷卻。
從我們測試的樣品來說，電池的技術進步是非常明顯的，包括集成的技術進步，還是不可避免在某些階段可能會受到一些外在政策的影響，會使大家調(diào)整電池的技術路線，甚至有可能會影響正確路線的選擇，希望大家在后補貼時代，在市場為導向的前提下，選擇優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。
安全測試方面，相對通過率比較低一些。我們提交了一個修改單，變成了很簡單的隨機振動，機械安全性、通過率明顯提高。
第三，綜合測試評價研究方面，要抓住能量密度這個點，再從研發(fā)測試的角度應該關心電池的評價。
這是什么樣的概念?應該從電池可用、可控和安全邊界出去，了解綜合、貫穿全生命周期的評價。可用的評價，在正常情況下，無論風霜雨雪，各種工況下都可以使用的評價。一旦發(fā)生安全問題，能讓它在可控的情況下，對它進行評價。一旦發(fā)生失控以后，要要求他能滿足什么樣的狀態(tài)，人員又應該怎么做。
從研發(fā)的角度只是想和大家提一下安全性。安全性大家知道也關心得非常多了，發(fā)生安全事故，最初都是熱失控，現(xiàn)在在做的評價是從材料、電池、BMS、系統(tǒng)，實現(xiàn)多層級的熱特性和熱安全、熱失控的對應，材料的熱穩(wěn)定性到電池全生命周期內(nèi)的熱安全性，再到BMS的熱管理，最終到系統(tǒng)熱穩(wěn)定性，控制熱失控能力的評價。不同充放電電流下，產(chǎn)熱的速度和產(chǎn)熱的功率和產(chǎn)熱量是什么樣的，這是我們必備的，了解每個電池發(fā)生熱失控的點，電池發(fā)生熱失控的趨勢和可能性、溫度的范圍在哪里，我們要知道傳播到另外一個電池的傳播路徑以及傳播速度、傳熱量是什么樣的。這是我們設計熱管理可用評價最基礎的手段。
如果有一個電池發(fā)生熱失控，這種情況永遠是存在的，可能性是永遠有的，只是幾率的大小，如果發(fā)生這種情況，我們需要知道，發(fā)生這種情況的時候，我們應該表現(xiàn)出來什么，我們最關心的是人員安全，不要求最終車不起火、不爆炸，要求車發(fā)生起火、爆炸這種極端情況之前，車上的人員能安全逃生。
中國起草的熱擴散評價，全國都投入專項資金進行評價方法的建立，未來三年里還會不斷改進這樣的方法。我們也寫在了GB標準，希望大家更多的關注，和我們進一步研究使它合理化，成為全球的法規(guī)提案。我提到的全球法規(guī)，今年3月份在北京召開了第14次會議，強調(diào)了第二階段的工作重點是電池，一是熱擴散的研究，二是振動，三是海水浸泡，四是毒氣分析。這幾個話題提出國都是中國，其他的各國都會一起進入這方面的研究，熱擴散已經(jīng)推到國際上，大家可以對標測試。
之前工信部專門開了宣貫會，第一階段的法規(guī)已經(jīng)完成，到目前為止唯一由我們主導的全球法規(guī)，第二階段我們還會主導，主導的程度會更深，希望同行專家和我們一起參與，今年9月份會在瑞典開會。
國內(nèi)GB標準，未來不久的將來會進行審查，大家可以對這個進行深切的關注，審查以后就會報批到WTO在國際上征求引見，這是GB的標注，會成為強制安全標準。二是電視系統(tǒng)的起草方案，這里沒有寫我還想再強調(diào)一下，電動汽車管理系統(tǒng)的功能安全標準，現(xiàn)在也正在制定中，對于管理系統(tǒng)的功能安全要求現(xiàn)在也是大家越來越關注的，實現(xiàn)功能安全的等級的關注，從對電池的管理角度重要性凸顯得越來越明顯。
在回收方面，我們中心也在牽頭做回收溯源工作，我們希望材料、電池、車再到材料能形成閉環(huán)的發(fā)展。我就分享這么多，感謝大家。
(根據(jù)嘉賓發(fā)言整理，未經(jīng)嘉賓審閱)
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