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天津力神王念举:打破动力电池安全“死穴”

作者:中国储能网新闻中心 来源:高工锂电 发布时间:2020-02-06 浏览:
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“电池安全和新能源汽车安全,不仅仅是行业痛点,甚至可以说是死穴。”

在1月初举行的2020电动汽车百人会上,天津力神电池股份有限公司常务执行副总裁王念举这样说道,在题为 “动力电池安全技术研究与市场化”的主题演讲中,他具体阐释了力神对于动力电池安全技术的研究和产业化进展。

天津力神电池股份有限公司常务执行副总裁王念举

汽车的电动化、智能化、网联化、共享化发展已经成为行业共识,在这种变革中,安全、续航、充电便捷、全天候使用都是目前电动化过程中面临的挑战,而这些挑战,都具体落地到了对于电池技术的在安全、能量密度、充电速度、宽温范围上的要求。

王念举的判断是,目前电动汽车电池系统比作2007年手机电池,2007年苹果发布了第一款智能手机,作为苹果的手机电池的供应商,力神有非常深刻的理解认识。

“当时正常的手机电池,3美金就算很高了,但是苹果的电池要8美金、9美金。当然目前成本是降下来了。”价格高的很大一个原因是,苹果在电池管理系统上做了好多工作。

而对于动力电池电芯来讲,目前则相当于2012年左右的手机电池的电芯。彼时,行业在拼命想提高续航,拼命在提高能量密度,把隔膜降得非常薄,甚至从9μ往7μ降,再往5μ降。

从产业发展来看,动力电池用了10年的时间,相当于手机电池走过了30年的时间,王念举的判断是,未来一段时间内,动力电池能量密度会有一定提升,但将很快达到技术上的天花板。

然而,从消费者角度来讲,追求能量密度,追求续航里程还是不变的要求,提高能量密度是行业的宿命,也是这个行业之所以难的一个主要原因。

与此同时,考虑到降成本的压力,目前不少企业把电池单体做得非常大,甚至三元材料做到200Ah左右,如果一旦失控,电池包会烧车。安全问题如果处理不好,会给新能源行业带来灾难性后果。

事实上,随着近年来三元电池装机量增加,目前的乘用车装机量三元电池的比例已经达到80%以上,而随着能量密度提升,安全问题爆发频率也在攀升,2019年各种媒体的报告已经有90多起,动力电池的安全形势非常严峻。

从目前电动汽车热失控的发生场景来看,静置、充电、行使过程中这三类大概占30%左右,剩下的10%是在碰撞、进水造成的。因此,如何保障动力电动汽车在全生命周期不同场景下的安全性研究,是行业面临的首要问题。

从力神的经验来看,王念举介绍,2018年到目前,力神总共配套乘用车是11万套,其中,高镍体系圆柱型21700配套3万多套,到目前为止是零失效。方型三元电池装机辆38550辆,到目前为止也没有热失控发生。

这背后,与力神在安全防护领域的研发和产业化投入密不可分。

从系统设计来讲,力神有六大关键技术,包括BMS控制技术、热管理技术、仿真分析以及测试验证的技术、轻量化技术、快充技术、以及热安全技术。

影响热安全的主要是四点,机电热化,“机”是机械设计,“电”是电子电气的安全设计,“热”是分布不均匀,刚开始一致性还行,随着电池内部的不均匀,越来越加大,到最后跟化学都是直接相关的。

包括底盘撞击,车撞击完了,可能没有什么事情,消费者还可以开,但是过一天,或者半天之后着了,在撞击过程中已经挤到隔膜,造成了一些损害,但是当时看不到,因此影响电池主要的是机电热化这四部分。

因此,在做系统研究的时候,要针对机电热化多维度、多层次的热安全解决方案。

从动力电池系统热安全技术上讲,撞击,电气(比如高压、低压、快充)都可能转化到化学反应,造成电池内部化学反应。因此,电池热安全技术是非常非常关键的,主要集中在电芯。

可以做的是这个过程中通过多元参量耦合探测技术,SOH,SOE,SOF,包括内阻的变化,去探测它。提前10分钟、20分钟,可以给整车有非常明确的反馈信号,这样就可以避免,而一旦热失控,只能主动或者被动的去进行消防,去进行扑灭。

从电子电气系统的安全设计来讲,力神基于ISO26262的标准,优选BMS,优选ASIL-C/D安全芯片,硬件层面上采用适度的冗余设计,建立故障容错机制,在软件层面,采用AUTOSAR软件架构,根据安全需求分解,制定全方位的安全诊断机制,采用多极故障报警处理恢复机制。

按照力神的技术路线规划,从电子电气系统安全的特性来讲,2020年力神将侧重于电芯安全以及高压安全故障诊断,BMS系统功能安全ASIL-C/D(乘用车选C级),SOC/SOP全生命周期宽温度范围估算精度提升(原先是10%、后来是5%、今年要达到3%)。

2021年是侧重于电芯安全及高压安全故障管理及预测,智能能量管理、维护保养、预约管理,车联网智能驾驶应用,电池寿命周期耐久性管理。

到2023年侧重BMS及整车控制器的高度集成管理,BMS系统信息安全,云平台大数据深度学习修正,新型电池智能管理。

从动力电池系统安全性能的市场化推广应用来讲,王念举建议,要从新能源车,整车需求侧,动力电池供应侧分别进行,形成基于整车一体化的面向设计安全,制造安全,应用安全,维护安全,以及回收利用,或者说报废安全的完整安全性的设计链。

与此同时,安全改善是一个持续过程,从正向安全设计的同时,反向分析也非常关键,特别是不同使用程度的电池,推移电池安全性的差异,从材料分析,从结构与电路的分析进行持续改善。

关键字:动力电池

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