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浅析动力电池技术和产品安全两大关

导读: 对于电池是否安全的问题,王芳认为,安全是相对的概念,而不安全是绝对的。如何使电池安全系数提高隐患降低是一个系统工程。

在日前举办的相关论坛期间,中国汽车技术研究中心王芳等专家就动力电池技术和产品安全问题向中国电池联盟谈了她的观点。

一是技术问题。数据表明,2017年国内新能源汽车的产销量分别达到了79.4和77.7万辆的规模,与之匹配的动力电池装机量达到了367亿瓦时。预计到2020年,动力电池的需求量将达到1000亿瓦时左右。

一锂电专家认为,动力电池技术问题主要是能量密度不够。到目前为止,磷酸铁锂装车电池的能量密度基本上在145Wh/Kg,三元电池在185Wh/kg。据2017年纯电动乘用车的数据,224款车型中三元电池装车数是199款,占总车型的88.8%,同时,能量密度在120-150 Wh/kg之间的车型占到总车型的27%。磷酸铁锂电池技术成熟度和安全性相对较高。

在动力电池的全生命周期性能方面,测试评价分成可用、可控和致灾危害评价三方面。

在封装结构方面,软包电池的成组效率比其他封装结构要高。电池的成组率2016-2018年从0.63上升到0.74,包括磷酸铁锂、和三元电池。2017年统计145款有单体电池和电池组系统对比的数据,单体电池的能量密度平均值是173Wh/Kg,再将体系进行细分,磷酸铁锂单体电池的平均值是144Wh/Kg,到了系统层级是117 Wh/Kg,成组率可以高达81.5%。

磷酸铁锂电池最高的成组率可以达到85%。三元单体是183Wh/Kg,到系统层级是115Wh/Kg,成组率是0.64。三元电池的安全性较差,热失控的点比磷酸铁锂早得多,三元电池对安全性集成技术的重视,导致在系统集成方面所附加的东西增多,降低了三元电池的成组率。

对于方型、圆柱、软包之争,王芳认为方型、软包、圆柱三种电池竞争比较是好事,能促进技术发展。从单体到系统,圆柱的成组率并不占特别大的优势,软包略占优势。她统计了90多款电池包,只有三款风冷,其他都是自然冷却,和2016年初完全不一样,2016年初选择液冷的乘用车较多,2017年受到补贴和其他因素的影响,选择液冷、风冷的越来越少,更多选择自然冷却。

上述锂电专家认为,动力电池技术需加大攻关,一是能量密度性能,二是安全性,三是寿命。

二是产品安全问题。对于动力电池来说,首当其冲的是安全问题,这跟它的能量密度、功率密度紧密相关,跟经济性相关的是寿命以及低成本性。

王芳表示,产品安全是一票否决,再是续航,三是加速,四是全生命度,五是便捷,六是适用性,七是环境友好。从整车实际应用来说,整车的性能包括加速的性能、动力性、经济性以及寿命。其中最重要的是安全,与之对应,电池需要满足的性能除了电池的能量密度、电池的寿命,最重要的还是电池的安全性。

国家新能源重点专项布局,提出了300Wh/Kg的概念,是产品级的水平,要求产品在满足300Wh/Kg的关键指标同时,要满足整车的使用要求,达到电池的安全性和寿命的基本要求。

她还从测试评价的角度对安全性指标予以阐明,她认为电池发生安全事故,最初都是热失控,现在做的评价是从材料、电池、BMS、系统,到实现多层级的热特性和热安全、热失控的对应,到材料的热稳定性,到电池全生命周期内的热安全性,再到BMS的热管理,最终到系统热稳定性、控制热失控能力的评价。不同充放电电流下,产热的速度和产热的功率和产热量不一样,要了解每个电池发生热失控的点,电池发生热失控的趋势和可能性、温度的范围在哪里,要了解传播到另外一个电池的传播路径以及传播速度、传热量是什么样。这是设计热管理可用评价最基础的手段。

对于电池是否安全的问题,王芳认为,安全是相对的概念,而不安全是绝对的。如何使电池安全系数提高隐患降低是一个系统工程。要找到热失控的关键点,要能够有足够的时间让人逃生,这是电动汽车的安全理念,全球只有一个安全法规,就是人员的安全,财产不在考虑范围内。多长时间人员能够逃生?就是行驶时从车上逃离到安全区域的时间。上述锂电专家也持同样观点。

最后她透露,国内正在制定GB标准,审查以后报批到WTO在国际上征求意见,会成为强制安全标准。电动汽车管理系统的功能安全标准,也在制定之中。

作者:唐实

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