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樊晓松:电动汽车核心技术与安全

作者:中国储能网新闻中心  来源:中国电动汽车百人会信息部  发布时间:2016-12-22 17:21:08

中国储能网讯:2016年11月26日—27日,百人会•清华大学新能源汽车产业高层研修班第三期四次课程在清华大学开课。目前,我国自主研发的核心零部件缺失,尚未形成技术壁垒,成为新能源汽车发展的潜在危险。掌握核心技术,提高产品性能及安全性,才能形成具有国际竞争力的品牌,支撑产业持续发展的根本保障。因此,此次课程的主题定为“电动汽车核心技术突破与创新”。

高层研修班作为中国电动汽车百人会为汽车产业服务的一个重要平台,时刻关注着汽车产业的相关热点话题。目前第三期研修班已围绕动力电池、新能源汽车产业投融资、智能汽车与交通等热点问题举办了三次研修班课程。

此次课程,上海捷新动力电池系统有限公司总经理樊晓松为学员们带来了精彩的内容。

上海捷新动力电池系统有限公司总经理樊晓松

捷能的“三电”系统

首先,给大家介绍一下上汽集团新能源汽车的情况。上汽集团从2002年就开始积极参与国863新能源汽车项目,我很有幸一开始就参与了。

关于上汽新能源大家可能会比较关注集团下属的上海捷能汽车技术公司(以下简称“捷能”)。捷能自2009年成立,至今已有7年多时间,所有上汽集团核心的新能源动力系统都在捷能进行研发。捷能主要由电控集成部、电池系统部、电驱系统部和项目运营部组成。

捷能公司做的“三电”系统(电池、电机、电控),是上汽新能源最核心的部分。上汽“三电”系统技术难度最大的、最核心的、最有技术门槛的应该是EDU(电驱系统),研发投入最多。目前,我们的EDU技术在国际上应该领先了,可以跟丰田的技术抗衡。EDU电驱变速系统比电池、电控难度更大,应该是“三电”系统里面最难的,但做混合动力必须要掌握这套技术,一定要有自主开发能力,而且还要高质量。

电动汽车的安全设计

电池的热管理设计

我今天更多是想跟大家分享几个我在开发制造过程中的案例。

主要讲一下动力电池热管理设计。热管理在系统和模组设计方面非常重要,它涉及到安全。热管理设计不好的话,可能会有安全问题,同时它牵扯到产品的寿命。电池寿命跟温度密切相关,目前的锂电池环境适应性不是很好,怎么样把运行的温度控制好,这是一个非常重要的一个课题。上汽的新能源汽车在这方面采用的模组设计是水冷模式,至今捷新制造的所有电池系统都是水冷设计,通过水冷增强散热能力。对与电池热管理,肯定要做系统的设计和必要的仿真分析。标准的模组设计,它的宽度和高度是不变的,长度是可变的。把电芯堆叠在一起,通过金属绑带紧固,用这种设计会对电池膨胀力的控制有帮助。因为电芯在使用当中会有膨胀,特别是在使用的后期,绷带的设计会比螺丝好一些。

还有,关键的模组测量电路板,看着很简单,只是检测电池电压、模组的温度及完成均衡任务,但是实际并不简单,可靠性及一致性要做好真的不容易,目前售后市场,三万多台车在市场上跑,基本上故障近一半就是来自它。 

BMS安全设计

下面讲BMS的相关安全设计。BMS的安全策略包括SOC、SOH、SOP,热管理、故障诊断策略、慢充控制策略、快充控制策略、均衡策略、高压安全策略等。

我分享一个故障诊断的案例:打开一个E550的EPO(出现故障时,切断动力电源或直接切断电池包的主接触器)优化策略报告。最初的设计,EPO触发的情况有90多种,但在车辆开发试验过程中,发现EPO过多,会更加危险。众所周知,车辆上最危险的情况之一就是动力中断或称扭矩中断,所以频繁触发EPO,是人为地造成了更大的风险,是不能接受的。发现这个问题后,我们就提出要更改要求,需要去考虑的问题是,要保护电池还是保护人,结论显而易见:人的安全更重要。通常情况下,我们希望永远不要产生EPO的情况。现在的故障诊断策略已经全部优化了,目前EPO情况很少。做故障诊断设计时一定要注意这点,绝对不能随便切断车辆行进的动力,切断的后果可能是一个小的故障带来一个很大的风险。 

电池的安全验证

关于电池的安全验证,我简单介绍一下。

现在国家正在制定标准,我们也在做一些研究。这个三元电池的热失控试验是在9月跟上海市消防合作的,试验环境就在他们的实验室。

当时实验用的一个电池包是12度电,三个模组,一个模组4度电,过充超过百分之百,电池包放在网罩里。我们连续充电充了近3个小时,这种热失控扩散后终止都很难,扩散延续了大约四五个小时,没有办法终止。大量的烟雾蔓延到室外,非常浓烈恐怖。烧完后的电池包内部,已经全部烧毁了。

我们还做了电池包的浸水试验,发现完全浸水相对比较安全,而部分浸水是比较危险的。给大家分享一个例子,在做E50电池系统时,开始的设计不完善,电池包安装在车辆底部涉水时容易漏水。当时验证时电池包是可以通过IP67标准的,在大水箱里浸泡是不漏水的。但是,IP67测试是静态的,而装到车上的时候,电池包并不是静态的。所以,我认为仅通过IP67测试是完全不够的,一定要做动态的涉水试验。当时做北京地标的测试时我们的电池包确实失效了,送去两部车,一部车就漏水了。随后,我们发现了设计问题:E50电池包外壳上的紧固螺栓距离大。发现问题后便进行了改进,增加螺栓且贴近密封圈。

火烧试验也很重要。火烧试验主要的问题是外壳和接插件,这些材料一定要做到V0级。

整车的安全设计

我从电池安全的角度,对整车安全的设计提一些要求。首先是整车的高压电安全,整车的高压线路在车内部布线,所有高压线的布置都非常关键,如果设计不好,很容易受到破损,或是在碰撞的过程中,受到损伤造成漏电。因此,高压线一定要有保护。线缆的连接要做到安全可靠,线缆必须是密封防水的,整套线束系统泡到水里面,是不会绝缘失效的,整车高压线缆设计也是专业性很强的。

关于整车行驶当中的安全,上汽在这方面有一个团队,专门做这方面的研究,我认为已做得比较好,设计了一些场景分析,也建立了自己的实验标准。

例如,我们设计的No.61实验,按照这个标准通过的时候,可以接触变形,但是不允许燃烧、起火。No.62实验是模拟飞溅的场景,车辆开过去,深度是200毫米,要对电池包不造成严重的伤害,通过的时候电池包不能受到伤害后造成燃烧、爆炸。还有斜柱碰实验,我们所有的车都必须要通过斜柱碰实验。

制造高质量产品

设计再好的产品,生产制造环节不过关,过程控制不好,也不能称之为好产品。分享最后一个案例,是一个细节决定成败的例子。有一个著名公司后来破产了,大家都知道是谁。为什么破产了,就是这样一个小小的细节引起的。他们的电芯有四条产线,其中一条产线出现了问题,一个小零件放偏了,放置之后没有设计监控措施,造成这些有问题的产品直接投放到市场。过了一段时间后,有问题的产品中,小尖角露出来了戳破了外壳,造成电池漏气。一个小细节造成了这个公司最后破产,还导致了其配套的整车企业破产,教训非常惨痛。若分析主要的原因,就是在量产前没有做好制造过程失效分析和过程验证。

(根据课程速记整理  已经本人审核)

关键字:电动汽车

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