2018年9月20日,2018全世界未來外出大會(huì)在杭州世界博覽中心開幕,本次大會(huì)由華夏電動(dòng)車子百人會(huì)、華夏消息化百人會(huì)、浙江省進(jìn)行和改革委員會(huì)杭州市國民政府一同主持,大會(huì)以“全世界創(chuàng)新趨向與華夏能源”為專題,經(jīng)過會(huì)展聯(lián)動(dòng),匯聚資產(chǎn)高檔資源體制,聚集展現(xiàn)新燃料車子全車及要害零部件、交通大數(shù)據(jù)與智能網(wǎng)聯(lián)等創(chuàng)新技藝,充分展現(xiàn)大外出資產(chǎn)新思維、新技藝、新產(chǎn)物、新形式、新業(yè)態(tài)。華夏科學(xué)院院士、華夏電動(dòng)車子百人會(huì)執(zhí)行副理事長歐陽明高出席大會(huì)并發(fā)表演講,之下為演講實(shí)錄:
各位來賓,大伙下午好!剛才羅市長曾經(jīng)說了,最近電動(dòng)車子車禍?zhǔn)忠岁P(guān)心,是以咱今日要點(diǎn)來講一下電動(dòng)車子的平安性難題。咱想分四個(gè)方面給大伙推薦,起首是電動(dòng)車子車禍統(tǒng)算。這是近年以來海外電動(dòng)車子自己燃燒起火的原因匯總,最重要的是磕碰后起火。本來汽油車磕碰以后也會(huì)起火,這是國家內(nèi)部統(tǒng)算的起火的概況。國家內(nèi)部起火最重要的有那么幾個(gè)特征:第一,是三元電池為主,磷酸鐵鋰也有,最重要的是三元電池,超越一半。第二,圓柱形電池為主,這是此中一種相比最重要的的類別,由于它是鋼殼,卷的相比緊,是以一朝產(chǎn)生熱失控,它會(huì)爆炸,以后會(huì)引燃其它電池。第三,充電失火的車禍占比相比大。通常來講電池假如放電到必定深度以后不會(huì)熱失控,熱失控通常皆是在滿電狀況,是以在充電的時(shí)刻簡(jiǎn)單引起,由于充電的時(shí)刻,電池與充電體系連在一同,還是熱失控最簡(jiǎn)單的時(shí)刻,同一時(shí)間另有高壓電器的短路等等,都會(huì)簡(jiǎn)單引起車禍。另有,從車型的方位,新老車型都有,電池的體系比能量其實(shí)不是很高,由于此刻產(chǎn)生車禍的最重要的是前幾年裝的車,全體來看體系比能量其實(shí)不是十分高,其實(shí)不是咱們所以為的十分高的比能量電池。 電池?zé)崾Э貞?yīng)當(dāng)說是這點(diǎn)車禍的主因,甚么叫電池的熱失控呢?電池溫度到達(dá)必定時(shí)刻電池就會(huì)有連鎖的負(fù)反映,放熱的反映,是以溫度迅速上升,最高的速度可行達(dá)到每秒鐘溫升挨近1千度,是以它的速度是十分快的。 熱失控是甚么引起的呢?起首是電池過熱了,剛才說了,電池?zé)崃瞬艜?huì)熱失控,過熱的原因有各式各類的,有可能是電池包自身溫度不勻稱,有局部地域溫度高,過充過放、外短路、內(nèi)短路等等這點(diǎn)電的原因會(huì)放熱,另有機(jī)械原因,比方進(jìn)水、密封不好、磕碰等等。 下方咱們瞧瞧最近這點(diǎn)車禍的主體原因,咱們以為是產(chǎn)物品質(zhì)難題。產(chǎn)物品質(zhì)難題便是指產(chǎn)物在設(shè)置、生產(chǎn)、認(rèn)證、運(yùn)用進(jìn)程中無嚴(yán)刻遵守相干技藝準(zhǔn)則和規(guī)范。最重要的有三類,第一,電池產(chǎn)物測(cè)試認(rèn)證不足;第二,機(jī)動(dòng)車運(yùn)用進(jìn)程中可靠性浮動(dòng);第三,充電平安治理技藝有難題。下方咱們來剖析一下這幾個(gè)方面。 起首,電池產(chǎn)物測(cè)試認(rèn)證不足。源于補(bǔ)助退坡的政策周期是一年一次,與產(chǎn)物的開發(fā)周期全體來見不是很配合,例如說咱們化學(xué)資料體制的改良通常要一年以上,可是由于公司跟著補(bǔ)助的指揮棒走,盲目的追求高比能量,縮小了測(cè)試認(rèn)證的時(shí)間。有時(shí)刻為了縮小開發(fā)周期常常首選物理的改良方法,例如把電池活性資料增厚,隔膜減薄,這樣電池比能量會(huì)上升,可是平安功能下調(diào)。 第二是電動(dòng)電池測(cè)試認(rèn)證的伎倆不改善,不行反應(yīng)實(shí)車的運(yùn)用要求,相當(dāng)大一部分公司并未構(gòu)建公司里面的電池平安測(cè)試準(zhǔn)則,部分公司甚而就無電池平安測(cè)試的能力,制造出去的品質(zhì)也便是參差不齊的。 第三個(gè)原因便是剛才講到機(jī)動(dòng)車運(yùn)用老化進(jìn)程中可靠性下降。例如說全壽命周期中防水的成果不佳,通常咱們電池的密封是要經(jīng)過IP67準(zhǔn)則,可是當(dāng)機(jī)動(dòng)車運(yùn)用時(shí)間長了以后,密封就會(huì)變差,導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車進(jìn)水,就會(huì)簡(jiǎn)單形成短路。還例如電池的激光焊合的接頭,焊合點(diǎn)里面簡(jiǎn)單顯露縫隙,這點(diǎn)縫隙就會(huì)帶來阻抗增添,繼而發(fā)熱導(dǎo)致高溫點(diǎn),引起熱失控。另有便是電池體系和充電機(jī)高壓電器老化,例如咱們充電時(shí)刻的接近器經(jīng)常開斷,有時(shí)刻就會(huì)拉弧,形成高溫和接近器外表的這類燒損或許粘連,會(huì)短路、會(huì)發(fā)熱,這點(diǎn)皆是熱失控的原因。 第四個(gè)原因便是充電,充電進(jìn)程中數(shù)據(jù)通訊不規(guī)范,BMS的廠家和充電機(jī)的廠家無嚴(yán)刻的執(zhí)行新出臺(tái)的國度準(zhǔn)則。充電的功效平安,按道理咱們的電池治理體系對(duì)于充電是有很沒有問題斷電功效的,充到甚么時(shí)刻皆是由電池治理體系操控的,咱們?nèi)涨安⑽磭?yán)刻執(zhí)行功效平安的規(guī)范,便是ISO26262這種規(guī)范,日前并未十足的落實(shí)貫徹這種規(guī)范,這也是咱們無遵守規(guī)范的原因?qū)е碌。不?yán)刻執(zhí)行充電平安的相干準(zhǔn)則,例如說咱們充電繼電器的粘連應(yīng)當(dāng)有診斷功效,但有的為了節(jié)省本錢就無。電池治理體系與充電樁無配備及格的絕緣檢驗(yàn)裝置,機(jī)動(dòng)車與充電樁造成的充電回路無滿足準(zhǔn)則請(qǐng)求的絕緣電壓、爬電距離、過載、IP級(jí)別、插拔力、鎖止、溫升、雷擊等各項(xiàng)目標(biāo)請(qǐng)求,BMS未嚴(yán)刻遵守充電引導(dǎo)的規(guī)范。為何說是品質(zhì)難題?便是咱們?cè)谠O(shè)置、生產(chǎn)、運(yùn)用、認(rèn)證各個(gè)步驟,無嚴(yán)刻的遵守準(zhǔn)則和規(guī)范,自然咱們也缺少少許,例如說咱們的平安年檢,這是缺少的,但這非是公司的事,這是政府要做的事宜。 高比能量電池面對(duì)更嚴(yán)峻的平安技藝挑戰(zhàn),是以咱下方說一下這方面的難題。 依據(jù)華夏新燃料車子能源電池比能量進(jìn)行的趨向,咱們很快就會(huì)向300瓦時(shí)/公斤的高比能量電池邁進(jìn),很快這點(diǎn)產(chǎn)物就會(huì)映入市場(chǎng),便是所謂的高鎳三元811電池很快就會(huì)映入市場(chǎng),這點(diǎn)高比能量的電池會(huì)比原來的這點(diǎn)相對(duì)低的比能量的電池所面對(duì)的平安技藝的請(qǐng)求會(huì)更高。在這方面,咱們清華大學(xué)專門建了電池平安實(shí)驗(yàn)室展開相干的根基探討和技藝開發(fā),在這邊給大伙容易的推薦一下研發(fā)結(jié)果,供大伙參考。 日前清華大學(xué)電池平安實(shí)驗(yàn)室跟國家內(nèi)部外公司和探討機(jī)構(gòu)展開了廣大的合作,包括寶馬、奔馳、日產(chǎn)等大企業(yè)。 探討要點(diǎn)是在熱失控的三個(gè)方面,一是熱失控的誘因,包括熱、電、機(jī)械的原因。二是熱失控產(chǎn)生的機(jī)理究竟是甚么,從而在資料設(shè)置層次加以防護(hù)。三是熱蔓延,一朝單體電池防止不了熱失控,就得有兩次防護(hù)伎倆,便是在體系層次要切斷熱失控的蔓延,只需切斷蔓延就能防止車禍。咱們對(duì)高比能量電池的熱失控操控,不但靠資料自身,還要從體系層次來發(fā)展。 起首是對(duì)于熱失控的產(chǎn)生機(jī)理與抑制。咱們從兩個(gè)實(shí)驗(yàn)伎倆上展開,一種是從事資料熱穩(wěn)固性探討的差示掃描量熱儀,一種是電池單體熱失控測(cè)量的提速量熱儀。 高比能量電池?zé)崾Э氐膸讉(gè)特征溫度。通常來講,當(dāng)電池溫度升高到必定水平,電池就會(huì)自產(chǎn)熱,咱們把這種溫度叫T1,產(chǎn)熱產(chǎn)生到必定水平?jīng)]有辦法抑制,熱失控觸發(fā),叫T2,最終溫度上升到最高點(diǎn)咱們叫T3。熱失控機(jī)理不明白的最重要的是產(chǎn)生在T2到T3階段。通常以為是內(nèi)短路形成的,對(duì)常規(guī)電池的確是這樣,可是咱們?cè)谔接懼邪l(fā)覺對(duì)高比能量不十足是這樣。咱們發(fā)覺無內(nèi)短路,照樣有熱失控。這是由于高比能量電池的耐高溫新款隔膜到200度以上無浮動(dòng),電解液根本十足蒸發(fā)了,但在230-250度時(shí),正極資料相變放出的氧與負(fù)極反映發(fā)生了放熱高峰。 此外咱們看一下各式不同鎳含量的三元鋰離子電池的差異。811電池跟此刻經(jīng)常使用的622或許532比較, 811的放熱峰顯著的都比其余高好多,表達(dá)811的熱穩(wěn)固性較差。通過剖析咱們獲得的初步結(jié)論是,高鎳正極對(duì)全電池平安有較大的作用,硅炭負(fù)極對(duì)平安在初期作用適中,可是在重復(fù)衰減后作用相比大。 應(yīng)對(duì)這類熱穩(wěn)固差也有一系列的改良門徑,例如說資料的包覆等,咱們還發(fā)覺了一種新的方法,便是用單晶顆粒來替代多晶的正極資料,電池的熱穩(wěn)固性有十分沒有問題改進(jìn),相應(yīng)的平安性也有很沒有問題改進(jìn)。 第二便是熱蔓延,真實(shí)的車禍?zhǔn)菬崧訉?dǎo)致的,便是一種電池單體熱失控以后,全部電池包悉數(shù)蔓延起來,著火車禍就產(chǎn)生了。 依據(jù)咱們對(duì)熱失控蔓延進(jìn)程的測(cè)試和仿真的傳熱剖析,設(shè)置了一個(gè)隔熱的方法,便是在主導(dǎo)傳熱的路徑上加隔熱資料,實(shí)驗(yàn)發(fā)覺切實(shí)達(dá)到了隔斷熱失控蔓延的成果。這類防火墻技藝曾經(jīng)在華夏倡導(dǎo)的世界電動(dòng)車子熱失控蔓延的法則中獲得采用。 第三個(gè)方面,是熱失控的誘因和電池治理。第一種誘因便是內(nèi)短路,對(duì)在用電池和車禍電池的剖析發(fā)覺,電池生產(chǎn)時(shí)勻稱的極片在運(yùn)用一段時(shí)間以后會(huì)發(fā)生折疊地域的破裂,簡(jiǎn)單產(chǎn)生局部的析鋰,從而導(dǎo)致熱失控。此外便是生產(chǎn)進(jìn)程中的雜質(zhì)也會(huì)引起里面的短路,咱們把這種叫電池的癌癥,由于不曉得它甚么時(shí)刻誘發(fā)熱失控,有時(shí)刻常常會(huì)經(jīng)驗(yàn)很長時(shí)間以后發(fā)生內(nèi)短路。為這咱們發(fā)明了電池內(nèi)短路的一種替代實(shí)驗(yàn)方法,經(jīng)過在一種特定電池內(nèi)部植入回想合金實(shí)現(xiàn)預(yù)期的內(nèi)短路。咱們探討以后把內(nèi)短路分成了四類,此中鋁集流體和負(fù)極相連是最危險(xiǎn)的內(nèi)短路。也是必需要提早提前警告的,為這咱們做了一系列的探討,并得到了內(nèi)短路的三階段演變進(jìn)程。第一階段,唯有電壓的下降,無溫度的上升;第二階段才有溫度的上升,第三階段才產(chǎn)生急劇的溫度上升景象,也便是熱失控。依據(jù)這種演變進(jìn)程,咱們爭(zhēng)取在前兩個(gè)階段把內(nèi)短路判別出去,就能提早15分鐘將可能激發(fā)熱失控的內(nèi)短路提前警告出去,這一技藝曾經(jīng)與寧德時(shí)期發(fā)展了合作。 第二個(gè)方面便是充電,咱們經(jīng)過測(cè)試剖析搞清了過充熱失控機(jī)理,在此根基上,經(jīng)過熱電耦合模子來預(yù)測(cè)電池過充熱失控的體現(xiàn)。過充車禍通常是微過充,例如電池的不絕對(duì)性導(dǎo)致的,由于不絕對(duì),充電進(jìn)程中有的位置曾經(jīng)充滿了,有的位置還無充滿,就會(huì)導(dǎo)致有少許充滿的電池微過充,繼續(xù)就會(huì)在負(fù)極資料上析鋰,發(fā)生鋰枝晶,便是所謂的析鋰,導(dǎo)致平安性變差,導(dǎo)致短路。 為理解決這一難題,咱們開發(fā)了鑒于參比電極的沒有析鋰快充技藝,把負(fù)極的電位操控在零以上(零之下會(huì)析鋰),這須要增添一種電極,即三電極。在三電極根基上,可行鑒于模子發(fā)展反饋和觀看,這便是咱們的沒有析鋰快充技藝,這類技藝?yán)靡院缶蜔o析鋰產(chǎn)生,況且充電速度加速。 第三個(gè)原因是老化。電池老化后的不絕對(duì)性會(huì)擴(kuò)大,這便是電池重復(fù)次數(shù)的增添不絕對(duì)性會(huì)變得越來越大的原因,而隨著容量絕對(duì)性變差,電池治理的精準(zhǔn)性也就很差。此外,低溫環(huán)境下的老化會(huì)慘重作用電池的熱穩(wěn)固性,產(chǎn)生熱失控的自生熱溫度會(huì)下降,這就更簡(jiǎn)單導(dǎo)致熱失控。 經(jīng)過對(duì)這點(diǎn)難題的剖析,咱們發(fā)覺保證電池體系平安性的焦點(diǎn)是研發(fā)領(lǐng)先進(jìn)步的電池治理體系。日前,在電池治理體系方面,國家內(nèi)部的產(chǎn)物的功效不足、精度不夠,尤其是平安功效是不全,因而須要加大電池治理體系的研發(fā)力度。清華在電池治理體系的積淀相比豐富,曾經(jīng)得到65項(xiàng)專利受權(quán),這點(diǎn)專利在國家內(nèi)部外著名企業(yè)合作中獲得了利用,此中部分專利也受權(quán)給了奔馳車子企業(yè)。 那末咱們?nèi)绾螐氐捉鉀Q電池平安性難題?近期可行經(jīng)過少許技藝來保證平安性,可是長遠(yuǎn)看,要保證電池的一律平安就須要前瞻性的科學(xué)探討。鋰離子能源電池高比能是全球范疇的進(jìn)行方向和趨向,咱們不行由于有平安難題就不進(jìn)行高比能量電池,要害是把握高比能量與平安性之中的平衡點(diǎn)。例如高鎳三元鋰離子能源電池的本征平安難題,其機(jī)理是正極會(huì)解放氧,咱們可行經(jīng)過界面的修飾來減緩正極釋氧,提升穩(wěn)固性;再一種便是開發(fā)下一代的固態(tài)電解質(zhì),從基本上解決電解液燃燒的難題。 鑒于列國能源電池技藝路線的相比,短期是液態(tài)電解液的鋰離子電池,下一步將來會(huì)向固態(tài)電池方向進(jìn)行。概括考量電池本錢和能源電池的進(jìn)行方向,咱們提議我們國家也應(yīng)當(dāng)走相似的路徑,即短期是液態(tài)電解質(zhì),進(jìn)行高鎳三元正極和硅炭負(fù)極,經(jīng)過電池治理體系和熱蔓延的抑制來防止平安車禍產(chǎn)生,這種電池能夠滿足電動(dòng)車子500千米續(xù)駛路程的請(qǐng)求。中長久,從液態(tài)電解質(zhì)一步步過渡到全固態(tài)電池,預(yù)計(jì)在2030年全固態(tài)電池將來會(huì)獲得資產(chǎn)化利用。 總之,咱們要力爭(zhēng)解決能源電池本征平安難題,保證新燃料車子產(chǎn)業(yè)的健康進(jìn)行。對(duì)咱的匯報(bào)的總結(jié),可行歸納為: 咱們要正確看待近期新燃料車子起火的事故,其最重要的原因是產(chǎn)物品質(zhì)難題,無遵守技藝規(guī)范和技藝準(zhǔn)則、技藝認(rèn)證周期的偏短等等。 在政策方面的提議包括: 第一,原有的資產(chǎn)化指標(biāo)(2020年單體達(dá)到350瓦時(shí)/公斤,體系260瓦時(shí)/公斤,重復(fù)生命2000次)是偏高的,從平安方位考量,咱以為不宜強(qiáng)行推進(jìn)。 第二,補(bǔ)助政策要適合技藝進(jìn)行的規(guī)則,對(duì)能量密度的提高不宜過快、不宜更改過頻,這是咱對(duì)財(cái)政部的提議。 第三,盡快公布電動(dòng)車子平安年檢規(guī)范。同一時(shí)間,為了更好料理和剖析電動(dòng)車子車禍,最佳有電動(dòng)車子黑匣子,同一時(shí)間電池包要留有消防平安的接口,日前的電池包封的很死,導(dǎo)致消防滅火的時(shí)刻難題重重,這點(diǎn)是對(duì)公安部的提議。 最終,咱感覺電池平安是電池技藝革命性突破的第一要點(diǎn),也是純電動(dòng)車子功能提高的第一要害,電池資產(chǎn)進(jìn)行越后期電池平安就越變成一種阻礙技藝,例如非常鐘充300千米以上的電的快充技藝,會(huì)對(duì)電池平安帶來挑戰(zhàn),電壓從300V提升到600V甚而800V,這點(diǎn)都與平安相干,也是往后純電動(dòng)車子競(jìng)爭(zhēng)的主戰(zhàn)場(chǎng)?尚姓f平安是電動(dòng)車子可持續(xù)進(jìn)行的壽命線,能源電池國度科技研發(fā),要以平安為焦點(diǎn),周全提高現(xiàn)存鋰離子能源電池體系平安技藝,全力突破新款固態(tài)電池技藝。 謝謝大伙! |
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