“國際電動汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新峰會”在江蘇張家港市成功召開。峰會上，中國汽車技術(shù)研究中心首席專家,汽車試驗(yàn)研究所新能源實(shí)驗(yàn)室主任，王芳博士為我們解析了新能源汽車動力電池標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)測試評價體系，以下為演講實(shí)錄：
今天我的報告的主題跟我自己的工作密切相關(guān)的，對電池的標(biāo)準(zhǔn)與測試評價體系做一個解析。
那其實(shí)我今天講的內(nèi)容，從題目上看就是兩大部分，一個是標(biāo)準(zhǔn)，一個是測試評價，首先第一部分就是電池的標(biāo)準(zhǔn)。
現(xiàn)有的動力電池的標(biāo)準(zhǔn)體系，分為這樣幾大塊，一個是電性能、壽命、安全性、互換性、回收利用，以及關(guān)鍵的附件。其實(shí)這里面提到的標(biāo)準(zhǔn)，可能有些跟產(chǎn)品的要求直接相關(guān)，有些跟產(chǎn)品的生產(chǎn)使用過程當(dāng)中一些管理相關(guān)，我就把最近直接相關(guān)的，可能大家重視程度非常高的產(chǎn)品結(jié)合我自己測試一些數(shù)據(jù)給大家做一個展示。
首先，看一下幾個標(biāo)準(zhǔn)的一些應(yīng)用，主要是產(chǎn)品相關(guān)的一些標(biāo)準(zhǔn)，首先就是31484到31486單體模塊的性能和安全測試的標(biāo)準(zhǔn)。前兩天我們同事進(jìn)行了梳理，首先對31486的一個評價，我們統(tǒng)計了110款單體電池的能量密度的數(shù)據(jù)，能量密度在100-200wh/kg的產(chǎn)品已經(jīng)占總數(shù)的85%，其中100-150wh/kg之間的產(chǎn)品是占35%，150-200之間是42%，這是目前的一個狀態(tài)。我們做這個統(tǒng)計是為了做熱失控、熱擴(kuò)散研究統(tǒng)計，因此我們做熱失控方法的研究，希望能夠選用的測試的對象的參數(shù)，能夠涵蓋到所有的范圍，所以我們把每個階梯內(nèi)樣本做熱失控評價，后面我會講階段性的結(jié)果。
再提一下31485，對單體的安全要求，包括機(jī)械、電能和環(huán)境的濫用，當(dāng)然我們測試的目的是為了考核在濫用的情況下，電池能夠抵制最終不發(fā)生熱失控的安全等級。
那么我們在這個基礎(chǔ)上，我們也做了一個分析，我們分析的時候，看到在目前，單體的能量密度，我們統(tǒng)計了72款電池系統(tǒng)，里面所用的平均值是168瓦時每公斤，到了系統(tǒng)平均是120瓦時每公斤，到了這個程度就享受1.2的補(bǔ)貼。
從2017年3月份到現(xiàn)在的數(shù)據(jù)，我們可以看到50個樣本，里面的平均值到117瓦時每公斤，我們可以看到能量密度的平均增加了11瓦時每公斤，實(shí)際上如果跟去年的4、5月份相比，能量密度的提升值還是要高的，比這個更高。另外冷卻方式方面，自然冷卻的數(shù)量上升的非常明顯，風(fēng)冷和熱冷，包括附加的設(shè)計，第二個明顯的特點(diǎn)就是能量密度在90-120wh/kg和120wh/kg以上的產(chǎn)品的占比提升的非常得快。
在提一下標(biāo)準(zhǔn)31467.3，就是安全性的測試，這個是我們在之前，今年4月份之前統(tǒng)計的600個樣本。是機(jī)械類的測試，特別是振動和擠壓，通過率相對來說比較低。這個也有很多人反饋，要求新標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)施的時候把振動跟擠壓暫緩實(shí)施。
再提一下客車安全條件，重點(diǎn)提熱失控和熱擴(kuò)散，現(xiàn)在和未來一段時間里，還是比較樂觀看到三元大范圍的推廣應(yīng)用。對于客車安全條件，還有一個就是系統(tǒng)的熱擴(kuò)散，當(dāng)電池系統(tǒng)里面有一個電線發(fā)生熱失控的時候，整個系統(tǒng)能不能不發(fā)生系統(tǒng)的熱失控，就是不會擴(kuò)展，或者是擴(kuò)展之前，人能不能夠安全逃生，在這個基礎(chǔ)上，我們制訂了這樣一個試驗(yàn)的方案，當(dāng)然這個方案也被客車安全條件采納。
接下來要講的標(biāo)準(zhǔn)是電池管理系統(tǒng)，第一個是QC/T 0897，其實(shí)新的國標(biāo)管理系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)也正在制定當(dāng)中，它里面會分兩大框架，一個標(biāo)準(zhǔn)的正文，一個是附錄。實(shí)際上BMS功能安全的標(biāo)準(zhǔn)也獨(dú)立的立項(xiàng)也開始了相應(yīng)的制定工作，大家對這塊感興趣的，可以對這方面多多關(guān)注一下，因?yàn)閷τ贐MS來說，就是你的功能到底有沒有實(shí)現(xiàn)，這個更為重要。
標(biāo)準(zhǔn)的最后一部分想提一下標(biāo)準(zhǔn)的動向，里面有兩個要修改的地方，一個是振動，我們沒有數(shù)據(jù)的情況下，我們先就要做深入的研究，拿到足夠的數(shù)據(jù)來制定出新的一個標(biāo)準(zhǔn)。第二個就是熱擴(kuò)散在新的強(qiáng)標(biāo)里面計劃加入熱擴(kuò)散的測試，原來是客車安全條件里面有，后面也可能是所有車都做這樣的測試。
振動的專項(xiàng)小組有我一個同事孔博士牽頭負(fù)責(zé)，相應(yīng)的同事也都參與到這里里面一起做這事兒，考慮是從事這個整個車的行駛的可靠性和隨機(jī)振動進(jìn)行評價，我們的方案就是在車不同位置安裝振動的傳感器進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。同時呢，對它的影響的因素進(jìn)行評價和評估，最終得出一個標(biāo)準(zhǔn)的建議。我們目前做了大概十輛車左右的，已經(jīng)做完了，其中兩輛商用車，這一周還會完成五輛的測試，測試會涵蓋典型的路面，測試的數(shù)據(jù)我們會用這樣解析的辦法進(jìn)行解析，當(dāng)然這個解析辦法和國內(nèi)外專家和企業(yè)同事都有相關(guān)的討論，也得到了大家的認(rèn)可。在這個基礎(chǔ)上，我們開展的實(shí)驗(yàn)是在這個車身的這種典型的位置，大概有11個點(diǎn)做這樣一個傳感器的安裝、采集和數(shù)據(jù)的分析，得到振動路鋪的解析圖，我們還有一個包羅圖，我們給出最終的建議，這個是我們目前根據(jù)現(xiàn)有的測試數(shù)據(jù)給出的這樣一個初步的建議，當(dāng)然后面還會根據(jù)測試結(jié)果和詳細(xì)的一些分析，包括逐漸的減少它的一些影響因子，然后得出最終一個標(biāo)準(zhǔn)的正式稿的建議。
再說一下熱擴(kuò)散，我們其實(shí)在客車安全條件從去年10月份到現(xiàn)在也實(shí)施了大半年了，我們的工程師在測試的過程當(dāng)中，分析了有這樣的問題存在，第一個就是這三種方法的測試，均要求電池包進(jìn)行一定的改動，這個改動實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作是非常的繁瑣，第二個這幾個不同的方法都有可能引入額外的能量，而不是因?yàn)殡姵乇旧韮?nèi)部的熱失控帶來的這種能量，我們要考慮到實(shí)驗(yàn)的客觀性、重現(xiàn)性等等，就需要測算出它的額外引入的能量對于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，第三個，這三個不同的實(shí)驗(yàn)方法使結(jié)果有不同的。第四個不同電池體系熱失控標(biāo)準(zhǔn)的界定，原來是溫度升高，電壓下降，而且這個溫升的速度達(dá)到一度每秒這個我們在測試的時候有一定操作的難度，比如說電壓下降多少值是下降，然后達(dá)到一度每秒要延續(xù)多少個采樣點(diǎn)才認(rèn)為是確實(shí)到了這個點(diǎn)而且是平穩(wěn)的，這些都是我們做更多的研究，把這個測試方法做成更合理化，而且都能接受的測試方法，里面還有其他的問題，包括加熱裝置很難統(tǒng)一等。
接下來是電池基本性能的評價，對于我們，我們也制定一個電池的產(chǎn)品的數(shù)據(jù)庫，熟悉的朋友知道我有成立一個電池測試與技術(shù)評價聯(lián)盟，我們評價數(shù)據(jù)庫積累的時候呢，有這樣一些分類，包括出廠一致性，它的性能一些評價，包括壽命的一些評估的這樣一些數(shù)據(jù)的積累，里面的細(xì)節(jié)會分為每個細(xì)節(jié)的測試，對于每個電池會進(jìn)行這樣系統(tǒng)的分析和評估，也能夠造出他的指標(biāo)參數(shù)的報告圖來。
第三方面其實(shí)我想提一下電池的熱和電化學(xué)耦合的測試評價體系，這個也是非常大的測試評價體系，包括從材料電池出發(fā)結(jié)合建模和仿真的分析，我們應(yīng)該怎么去設(shè)計，以及怎么去評價這樣一些概念，我想這塊稍微提幾點(diǎn)，一個SOC對電池產(chǎn)熱功率的大小，三元和磷酸鐵鋰它的明顯的差異，包括溫度對它產(chǎn)熱影響，低溫的磷酸鐵鋰突出更三元不一樣的表現(xiàn)，包括電流對電池產(chǎn)熱功率的影響，在這個測試當(dāng)中呢，我們也很有意思的發(fā)現(xiàn)了一些產(chǎn)品的這種的MAP圖，在不同的溫度下，不同的起始溫度，當(dāng)采用不一樣的放電電流的時候，它存在所謂的產(chǎn)熱功率邊界，我們都能夠找到這個邊界，而這個邊界是有規(guī)律的，這個我想對于我們在系統(tǒng)設(shè)計的時候，是比較有用的邊界的參數(shù)。這個我們相應(yīng)的同事把這個結(jié)果也發(fā)在文章期刊上面。
再提一下全生命周期的熱特性電池表征的時候，電池的安全性并不是說所有的項(xiàng)目都是循環(huán)時間越長，安全性越差，所以說這個其實(shí)也跟它本真的熱的穩(wěn)定性與循環(huán)的次數(shù)有關(guān)系，所以我們也系統(tǒng)的研究在不同的循環(huán)過程當(dāng)中，它的一個熱穩(wěn)定性一個表現(xiàn)。
第四大塊簡單的提一下電池的系統(tǒng)壽命的評估，因?yàn)檫@個其實(shí)大家都在做，但是，其實(shí)目前來說，我們還沒有一個完全能夠?qū)懗蓢覙?biāo)準(zhǔn)的測試方法，這個也是我們想致力于要把它完成的一個工作，就是從整車的工況出發(fā)，我們用中國的工況把它經(jīng)過分析解析為電池的這樣一個充電樁的工況，我們從這個基礎(chǔ)上進(jìn)行加速評價的研究，希望能夠得到從電池到整車這樣一個壽命和質(zhì)保的一個關(guān)系。
第五個提一下管理系統(tǒng)的測試評價，管理系統(tǒng)的測試評價非常重要，特別是到了現(xiàn)在的階段，我們寫了這樣一些內(nèi)容，包括全生命周期的評價體系，包括對于剛才我提到的功能安全的測試，其實(shí)是非常重要的。那相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也都已經(jīng)開始起草，當(dāng)然是剛剛開始，也在探討它到底應(yīng)該做怎么樣一個梳理。
第六個電池系統(tǒng)，剛才說了所有充電到熱失控的評價，基于整車出發(fā)和安全性進(jìn)行系統(tǒng)的評估，在這個基礎(chǔ)上，今天上午大家很多的問題集中在遞次利用和回收上面，我剛才介紹我們有遞次利用的聯(lián)盟，我自己這塊的工作，我們希望能夠有一些可復(fù)制的一些模式的重現(xiàn)，我覺得要想有一些可復(fù)制的模式能夠去推動的話，里面有幾個關(guān)鍵的因素，一個就是運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的施行，這里面包括我說到的大家重點(diǎn)關(guān)注的電池的編碼制度，就是能夠每個電池有一個身份證和病例本，然后隨時監(jiān)控電池的這種健康狀態(tài)，那這里面就有電池全生命狀態(tài)評價體系，同時對我們的后端的遞次利用的領(lǐng)域的這些場景它所要求的指標(biāo)參數(shù)有一個明確的定義，我們在后臺的系統(tǒng)里面就可以隨時能夠把電池隨時歸類到它可以在現(xiàn)在的狀態(tài)下，可以應(yīng)用于什么樣的遞次場景，然后再附加一些不是那么高的集成的成本，能夠用到這個領(lǐng)域，可能才能夠推行下去。