简述动力电池系统技术的发展趋势

各位来宾，各位领导，大家下午好，我叫陈旸，来自万向A一二三系统有限公司。感谢大会给我提供这样的机会和大家一起共同探讨电动汽车未来的发展。我们作为电池供应商，对车的知识不如整车厂多，但是对电池有一定的了解。今天想利用这个机会跟大家共同探讨一下在今后几年内，动力电池系统技术的发展趋势。

我今天想介绍主要两点，谈发展趋势，就要了解我们现在面临的挑战是什么？怎么样来迎接这些挑战？谈到电池系统，大家都很熟悉，它是由模块，热管理系统，电池管理系统，电气系统，电池包系统及密封系统组成。那么看现在的系统技术，我们现在面临的最大挑战是什么？中国将会成为世界上最大的电动车的市场。高系统能量密度和长纯电动旅程是我们的目标。要实现这个目标，安全就会成为至关重要的问题。没有了安全，一切都无从说起。所以安全很重要，另外一点就是刚才很多专家学者都提到的可持续性发展。我们现在的市场是靠补贴来推动市场，那么将来随着补贴逐渐逐渐地增多，这个市场怎么实现可持续性地发展。就会涉及到很多技术问题，商业运营问题。要想让市场得到可持续性地发展，首先质量要能够保证，这是大家接受电动车的前提。同时，我们要有先进的技术作为降低成本，提高质量的基础。

现在回到第一个话题，就是安全，涉及到电芯的安全，热安全，结构安全和电器安全。这个里面电芯的安全是整个系统里面最关键的安全技术。万向A一二三采取的路线是从基础材料角度来做基础研究，从根本角度解决了安全问题。A一二三在材料基础研发方面有很多技术积累，在磷酸铁锂方面积累了很多的经验。我们现在把这些经验用到三元材料的研究中。我这里给大家举一个例子，我们现在研发的是532的材料。我们想办法通过材料的表面处理技术，来提高防止热失控的能力。大家可以看到，通过这种合成技术，我们可以很有效地把“防热失控”的材料包敷在NMC材料的表面，从而提高三元正极材料的安全性。怎么样能把包敷得形式做得更加灵活，怎么样把这项技术尽快推广到量产上，我们仍需要做更多的工作。这样做的效果如何哪？我们从这张图可以看出（绿的那条线就是普通的市场上找到的532材料，蓝的是我们自己合成的材料），从市场上找到的523材料，大概300度左右就发生热失控。我们合成了这一种材料，到350度是热失控仍未发生。当然搞电芯的人都知道，研究一个电芯要有性能的综合评价。我们现在仅仅是从安全角度考虑的。那么电芯的寿命，电芯的成本，我们还要考虑其他综合因素，最终开发一个最优的电芯。这一研究结果告诉我们基础研究对提高电芯的安全是最重要的，也是可行的。这是我们坚持的路线。

讲完电芯的安全，我们讲结构安全。结构安全涉及到很多方面，包括疲劳特性和抗冲击特性。疲劳特性通常是用随机振动来验证的。但是随机振动的输入是不是合理对系统的设计有很大的影响。电动汽车的可持续性发展与系统的成本又很大的关联。但是如果输入得很严格，系统结构设计就必须很强壮。这样的话，成本就增高了。我们目前现在的状态，因为大家做这个产品，都要通过GBT的验证。GBT的振动就要比我们很多小的电动车实际的合载要强得多。因此导致系统过设计。我们的认证机构也意识到这个问题，正在修改相应标准。但是从供应商的角度讲，希望在这方面主机厂和国家机构能够在一起多方面地紧密合作，研发出我们适合自己车型的何载。在国外和其他OEM工作的时候，每个工厂都是按照自己的路谱来设计的。同样电池本身理论上可以把它设计成抗碰撞的，但是这个设计要非常强壮。这样的话成本就上去了。因此整车应该来承担碰撞荷载，同时电池本身也要承担一定量的变形。通过优化设计来保证整个安全特性。同时电池系统要承担低速冲击，但是怎么来设计也是很重要的一点。这决定了电池设计有多大，重量有多少，承载有多少。

我们现在密封的设计验证方法都是对新设计而言。可是在实际的应用过程当中，你刚刚设计出来的时候，特性是好的。那么用了十年以后呢？从现在到十年的过程当中，要经历怎么样的荷载，经历多少疲劳荷载，材料老化。如果把这些技术都做一个综合的研究，开发出一个比较完整的方法的试验方法，在设计初期就可以预估系统生命终期的密封性能，那么对提高安全性就有非常大的帮助。这是行业要做的事情。当然我们也有很多成功的经验。

我本人做了几十年的CAE，软件有很多功能，但是它取决于你输入的条件。输入了什么东西，输出的东西就是什么。所以我们在CAE的前提下，要做一些CAE方法的验证。这样的话才知道这个CAE做出来的结果是可靠的。这一点朋友们都有共识，但是我还是想利用这个机会说一下。

热安全方面也很重要。要想根本地避免热的问题最难的就是加强完整的质量体系。要从整个的生产体系，找出可能导致内短路得原因，采用相应的控制手段，避免这些问题的出现，从而防止可能产生的热失控。应该做什么样的实验来检查。要从各个角度做实验，防止这样的事件发生。当然从另外一个角度讲，我们需要有探测功能。BMS应该有这个预报功能，能探测出来这个要出问题了，应该采用寿命样的控制策略来减缓可能得危害。当然我们最终还要研究出一套可行的测试方法。用来测试热失控一旦发生，系统是否可以抑制热失控的蔓延，以保证乘客安全。在这方面还要做更多的工作，这样子能找到一种能给予我们一致的可靠的结果，在设计过程当中用它来评价系统设计，来提高热安全的设计水平。

这里面给出了几个例子，我们在做这个系统的时候，有多重的熔断器（电池包，模块，电芯，甚至还有线束的熔断器）。同样其他的温度传感器，当它高温的时候如何来实现保护。电气安全的范围很广，所以我不说很多。大家如果注意观察，现在电动车发生的事故中，很多都跟这些方面有关系。我们现在很多的插件都是进口的产品，原因是什么呢？我们怎么样评价自主品牌的疲劳性，怎么样提高产品的可靠性和疲劳特性。这是电器安全方面需要做的很重要的工作。所以我也希望利用这样一个机会，因为大家在这方面看似很简单的问题，但是对行业是有很大的发展。首先它能降成本，另外能带动行业的发展。

功能安全在国内没有那么地充分重视，近几年非常高度重视了。但是它会带来另一方面的问题，不同安全等级对系统的要求完全不同，对系统的成本有很大的影响。我们要在保证产品在安全可靠的情况下，又不提高过多的成本，这也是我们研究的重要问题。这就是功能完全的例子，我就不重复了。经过严格的分析，经过各种各样的实验，可以证明安全等级B完全可以满足要求，而不需要安全等级C。这样可以在满足系统安全的前提下降低系统地成本。

轻量化也是很重要的，材料当然是很重要的方面。还有有一点大家在想，结构的强取决于荷载，我们现在的电池包于整车的连接都是硬连接，这样的话车的车载全部都传到电池上去。我们是否可以考虑软连接以降低传入电池包的何载，从而实现结构的轻量化。

电池准确的状态评估对其安全运行有根大的影响，现有算法多集中在生命初期。全生命周期内准确的电池状态评估也是我们面临的一个重要任务。

最后我想，可持续性发展，安全是必需的。可持续性就要有高质量、低成本，这个都需要技术去做支撑。回收利用对可持续发展也很重要。最后讲一个简单的可持续性发展的例子，像万向A123去年在的12V启动电池的技术上取得了重大突破，其-30度的低温启动性能比铅电池还好，这为该产品的广泛应用奠定的技术基础。48V电池也是这样，我们的超级纳米磷酸铁锂电池的单体功率密度可以做到每公斤3000瓦，系统功率密度每公斤2000瓦。这使得我们的产品在全球市场得到了广泛的应用。万向A123得48V电池现已量产。到2020年预计产量超100万套。最后想跟大家说一句，安全和可持续性发展是我们面临的两个重大的问题。通过基础研究带动这个行业的发展，万向A123愿与大家一道在这方面为行业的发展做出我们的贡献，谢谢大家！