电芯安全技术是电动汽车安全之根本

日前，万向A一二三系统有限公司工程副总裁陈旸在中国电动汽车百人会2016夏季论坛进行了发言。以下为演讲实录：

各位领导、专家以及各位同仁，大家下午好！非常荣幸有机会在这里与大家共同探讨电池安全技术方面的问题，交流经验。

今天我要向大家汇报的主要包括公司的简单介绍，我们面临的安全问题的挑战，A123电芯和系统安全方面的技术，以及我们对电池安全技术未来的思考。

A123技术，大家并不陌生，于2001年启动，是全球最大的低压锂电池的供应商。

我们主要产品分为四大块：

第一，混合动力电池，包括12V启动电池和48V的微混电池。

第二，高压乘用车，即EV和PEV车。

第三，商用车。

第四，赛车。我们赛车的目的是通过使用磷酸铁锂的高功率电池，把电池技术推向极致，我们是保时捷919团队的指定供应商。

面临的挑战。高能量密度电芯的广泛应用和在电动车本身的广泛应用，给电芯技术带来巨大的挑战。这种挑战大家都清楚，包括电池化学体系、隔膜、阳极、阴极的设计等。全生命周期里边SOC、SOP、SOH的算法，怎么样做到准确，怎么样能把功能安全的理念引入到这个系统当中。还有如何满足12V启停电池的特殊要求。

质量标准方面。当有成百万、上千万辆的电动车在路上的时候，虽然说两个PPM是很好的指标，但是那个时候两个PPM可能也不够，所以我们需要更高的质量标准。

在电芯研发技术上，A123从基础研发开始，磷酸铁锂之所以和其他客户的磷酸铁锂不一样，原因就是A123对磷酸铁锂的正极材料有非常深入的研究。其中，第一代的纳米磷酸铁锂技术在市场上得到了非常广泛的应用，现在我们研发了第二代超级纳米磷酸铁锂技术，这个材料和第一代纳米磷酸铁锂技术相比，材料的颗粒从原来的不规则变成了球形的颗粒，材料的直径，原来已经很小了，现在变得更小，材料密度比原来更高，正是由于这项技术突破，使得我们从去年开始在12V锂电池方面的技术得到了提高。原来12V锂电池一直不能在欧洲推广应用的主要原因是低温启动时不如铅电池性能好，但现在跟铅电池一样，甚至比铅电池稍稍好一点点，这是我们的经验，要从最基础的开始进行研究。

高压电池方面，我们采用同样的理念，还要进行基础的阳极方面的研究，带动整个高能量密度电芯的研发。这种研发包括，当电芯能量密度从200—350Wh/kg的过程中，能量密度得以提高，安全也要保证。A123怎么样能做到这一点？通过广泛参与国际合作，和大专院校、国际组织、研究机构共同合作。这个例子就是和欧阳教授领导的中美清洁能源联合研究中心进行的研究，我们还参与阿贡实验室另外一个项目—实现电芯能量密度从200到300的提升，同时在过程中保证电池安全。同时还包括提高高镍电芯的循环寿命，希望能够降低产品的成本，创造出很多的技术专利，为行业做出贡献。刚才讲的48V的产品，讲的是电芯的安全。现在我们讲产品的安全。我们现在用的超级纳米磷酸铁锂做成了48V电池，功率密度达到了2kW/kg，体积功率密度达到5kW/kg（这是很高的能量密度），现在这个产品已经和国内外6家主机厂开始签订量产合同，第一个量产合同是在今年年底，在中国，同时这个产品预计到2020年产量将达到100万。

这个产品的安全特性包括哪些呢？我们用铝壳的结构，可以满足疲劳和强度要求，这个产品的防护等级是IP67的设计，里边甚至采样线束都是用柔性线路板，里面有熔断器的集成，即便进水也不会导致线路板的短路。由于电芯的电阻非常非常低，所以产生的热量很少，我们可以采用被动冷却，使得电芯满足整车功能要求的情况下，不需要主动冷却，现在我们已经有3—4辆车在吐鲁番进行夏季实验，这个产品已经完全通过了GB/T31467的实验，而且是一次性通过的。

这个产品的功能安全方面我简单介绍一下。对一项安全保护，比如说过充的保护，这里边有多少层的保护呢？首先，整车控制器的一种保护是遵循BMS的保护，如果三层保护都失灵，还有管路可以把气体排到车外边，即便排不到车外边，最后一层保护，我们做了大量的实验研究，来研究过充的情况下气体常态是什么样的，产生多大的热量，最后研究的结果是这个气体的成份和有害物质成份，远远低于安全标准，所以欧洲的主机厂和全球的主机厂现在都接受HOB的这个标准。

在高压方面有没有采用同样的技术？我们所有的电压要测量、电量也测量、温度也测量，BMS根据测量值进行判断，如果超过电流了它会警告你，如果警告不听我们还有硬件的保护，可以做到双重保护。

多层熔断机制，我们产品有五层熔断机制，在MSD上有熔断器，可以保护电池包的熔断，在模块上有熔断器，线束上有熔断器，电芯本身还有熔断器，这样可以充分保证在短路情况下电芯安全性能得到保护。

机械方面，我们大量使用CAE验证我们的产品，这样可以保证我们的机械强度。这里面我想提一点，即机械强度和我们的路况有很大的关系，我有幸参与很多全球的研发项目，欧洲厂家和我们厂家不同的地方是：欧美的厂家很少有用SAE和ISO16750作为标准来做他们的产品设计，都是根据自己整车的荷载做设计，这样才能真正做到安全、真正的优化，我们很多情况只是用国标作为设计的标准，希望我们同行们在这方面多做一些工作，能够针对有单个的车型做有效的、系统的友好设计。

前段时间我们刚刚一个产品过了GB/T31467实验，我们送去的产品都是一次性通过，我觉得这个案例在国内可能不是很多同行可以做得到的，这个基础来源于我们大量的设计经验和充分的应用验证使用了CAE的方法，CAE谁都可以做，但是用验证了的方法来做，得到准确、可靠的结果是非常重要的。

最后谈一点，我们对未来的展望。我们认为电动汽车安全根本是电芯的安全技术。但我还想强调一点细节方面的，比如密封，大家知道漏水是很大的安全问题，我们现在的密封设计，验证方法（把箱放到水池里边去），检测通过了，这项就算通过了。然而实际运用当中，当这个车接近寿命尾声的时候，密封情况如何呢？欧洲有些厂做密封设计，先通过机械疲劳，振动、冲击，做完了这些东西之后再去做IP67，这才是真正的密封性能。同时我们的检测还有一点没有考虑，就是密封材料本身还有寿命的衰减，我们应该先预防密封材料本身寿命的衰减，再来满足这个密封要求。还有电气元件绝缘线束的可靠性问题、机械可扩性的问题等等，其中一点是全生命周期的SOP/SOH的可靠性问题。。

最后一个总结，电池是关键。A123通过参加国际组织、国家研究室、大学核工业界的合作，为了确保产品质量和安全，在电池设计和制造中心执行APQP流程。A123将先进系统安全技术引入电池系统的开发过程中。A123的产品全部要要按照DVP计划进行充分的验证。为了进一步提高电池的可靠性，产品设计要考虑到10年以后、8年以后的安全性。因此，我们必须在实验的先期开发一些方法，能够实现这种验证。这些方面希望政府能够有一些支持，可以保证产品放到市场上“睡得着觉”。这是很重要的因素，需要主机厂和我们进行共同的合作。