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一汽集团王德平:动力电池安全事故是一个系统工程

第一电动邓娅

编者按:新能源汽车的“火”是其真正进入市场前必须迈过的一道坎,而电池安全可以说是新能源汽车行业健康发展的重要保障。为应对电池安全这一重大挑战,各车企也使出了看家本领。

在10月8日举行的2019 IBSW国际电池安全大会上,来自北汽新能源、一汽以及蔚来的相关负责人就电池安全方面所做的工作进行了分享。

以下为一汽集团王德平演讲内容分享。(有删减)

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应该说近年整个电动车的事故时有发生,而且随着整个续驶里程的不断提升、包括新能源数量的增加,以及对高比能量电池使用越来越多,新能源车的安全事故呈现一个上升的趋势。从场景来看,既有在充电时候发生安全事故的,也有行驶过程当中的,还有停放过程当中的,应该说电动车的安全事故,覆盖了车整个全场景的使用环节。

从这些安全事故来看,接近六成是由于电池安全问题导致的事故,所以电池安全应该说是整个新能源车安全事故的核心。

围绕电动车的安全事故,特别是动力电池的安全事故,应该讲不仅仅是电池本身的事,应该是系统的一个工程,除了电池本身之外,还要跟整车、关联部件、日常的使用维护有关,是围绕整个电动车使用全生态共同去开发、去维护,才能保证整个动力电池系统的安全。

从车端来看,动力电池安全事故发生主要由于几个方面失效的影响,概括起来可以有五个方面:第一,电芯的失效;第二,BMS的失效;第三,绝缘系统的失效;第四,机械与密封的失效;第五,连接的失效。

第一,电芯的失效,从失效模式来讲,有很多方式,包括漏液、析锂、变形、过热、过充。从使用条件来看,既有低温快充的技术,也包括外部挤压、碰撞这些使用条件,都能够诱发电芯的失效。从失效机理来看,有活性材料的结构变化相变,过度金属的溢出、碰撞等。概括起来,主要三个方面:短路、负极的析锂以及正极的释氧。

第二,BMS系统的失效。应该说也有很多的模式,包括电压、电流、温度、绝缘这些检测和保护的失效,包括SOC、SOH、SOP、SOF这些偏差估算以及一些硬件的损伤。在使用条件方面,诱发BMS失效的因素也很多,包括像振动、外部冲击、火烧、涉水等等。机理来看,有芯片的选择、硬件的集成,也包括通讯的丢包,以及时续的逻辑等等。

第三,绝缘的失效。绝缘的失效模式包括高压电机、接地的失效、线束破损等,从诱发条件来看,有振动的因素,也有外部冲击的可能,还有涉水、气压、大倍率充电等等。机理来看,有绝缘层耐压等级的失效,以及防护等级这些。

第四,连接失效模式来看,有传感器的脱落、连接的松动,表面的氧化。从使用条件来看,有振动、外部冲击、涉水等。

第五,机械与密封的失效。失效模式也有很多种,包括电芯壳体的泄漏、冷却系统的泄漏等。使用条件来看,有振动、跌破、冲击、碰撞、涉水、外部火烧等等。机理来看,有电芯化学反应的问题,也有模组强度的变化、焊接结构强度、固定结构强度等。

围绕这些机理和情况,一汽在新能源电动车主要从七个方面确保安全:第一,从技术路线方向上做进一步的明确;第二,构建全体系的安全理念;第三,在开发的业务流程、管理的业务流程上,要把安全纳入到整个业务的管理框架里;第四,一些具体的安全技术。第五,把实验验证好;第六,提供前置的、全过程的服务;第七,监控的系统。这里一、二、三和五、六、七简要过一下,重点介绍在电池安全技术上的一些做法。

这是整个在战略方向上,一汽前期在今年的7月份也发布了一汽新能源的战略,概括起来是“353”:

“3”,三条技术路线。未来一汽在新能源技术路线上三条线是并行的。

“5”,包括五个核心总成,包括燃料电池、系统的安全、电控、电驱、电池的系统,这五个系统我们也分别命了名,叫羿氢、羿安、羿控、羿驱、羿能。

动力电池以数据为核心,构建了五层电池全生命周期的管理框架。

第一,   基础研究、数据平台。

第二,   是业务痛点的树立和市场分析。

第三,   是数据处理和模型构建。

第四,   在整车上的应用,和用户的服务。

第五,   通过云端数据的导入,优化整车应用以及对电池回收利用的应用。

这里核心的基础就是基础研究,包括电芯的失效、电动车安全,而核心的核心——电芯必须尽可能是安全的。

第二,安全的安全理念,现在对于建立一个全员的安全理念非常有用,尤其是当前整个产业环节来讲,包括制造、营销等。电动车还是一个新生事物,在产品策划、研发、营销过程中经常遇到一些冲突,比如要求在DSOC低温下要和传统车或者和新车的动力性、加速性是一样的,这个是很难去保证的,这种情况下怎么样去平衡。包括像电池的温度过高,需要冷却系统保证电池安全的时候如何能够和乘员舱的冷却系统去平衡。应该说从产品定义、开发制造整个使用环节里,怎么样能够以安全为核心去平衡产品和功能,当前的阶段我认为还是很重要,所以在建立安全理念上,也是很重要的一项工作。

第三,围绕安全。我们在整个业务链上梳理了一个“V”字形安全全体系流程,这里面包括安全目标的制定,围绕着安全目标去做整车需求的分析和分解,落实到每个系统的安全设计上,再落实到总成上,再进行相应的验证,总成的验证、整车的验证,包括后边制造、生产以及维护和监管。

第四,重点说一下第四方面,是我们具体围绕安全设计的一些做法。通过对滥用情况的识别、失效模式的分析、失效机理的判断、生热速度的预测、传热路径的确认及产生危害的评估,整体对电池系统来讲是做一个正向的安全设计,每一步对电池安全的时空,引起连锁的时空、电池包的控制,每一步都有相应的一些控制和判断。围绕这样一个正向的设计构建了一个四重的安全防护体系,包括电池的安全、整车的安全、充电的安全、使用的安全。围绕这四个方面,构建了包含16个具体的方面和54项具体的一些安全防护的措施,来去确保整个动力电池系统在全生命周期里边使用的安全。下面我就结合这54项里边的一些具体的防护措施,从其中几项来介绍一下。

第一,碰撞的安全。刚才戴院长也介绍了北汽,我们在这方面做的工作相应的也是有很多类似的。一方面,在低速的时候保证电池在车辆碰撞和托底碰撞的时候,电池不因为车的冲击或者碰撞导致电池的变形。另一方面,我们构建了一个双路的高压断电的系统,就是在高速车辆发生碰撞的时候如果安全气囊开始工作的时候,同时要把整车高压的系统在1毫秒之内进行断电的处理,来确保整个高压系统的安全。

第二,BMS的优化。我们把云端的数据,因为我们自己内部,依托我们内部公司有相应所有车辆数据监控的系统,把监控系统的数据导到BMS里,构建寿命模型、电池实时状态的估计,把这些数据导入到边缘的BMS里,丰富BMS功能,使BMS控制的精度和估算的精度更高,并且能够实现提前的故障预警。

第三,电池热失控的预警。把云端历史的数据、实时监控的数据包括环境的应力、系统的状态,把这些信息整合到一起,构建了热失控预警开发的模型,再把这些预警的模型应用到整车的热失控系统里面,一方面通过热失控模型预警的系统诊断,来去实现高压系统的维护,另外车端、云端、仪表,向驾驶员包括后台服务,提供相应的热失控预警的信息。

第四,主动灭火系统。我们目前和哲弗开发的系统还处于开发阶段,从前期实验情况来看,有很大效果。一方面,通过系统可以主动对热失控模组和单体进行灭火实验。另一方面,因为所采用的灭火介质是高热熔比的介质,吸热量很大,通过这种吸热能够降低电池包内的温度,从而能够隔断电池包内的发热引起车内内室着火。

整个IP防护防水安全的设计:目前来讲这项工作还处于一个迭代方面,目前我们重点工作还是围绕实验验证上,实际情况来看,满足国标,满足相应的标准,防水的事故该发生还是一样发生,我们现在重点放在安全实验上,现在想通过电池的碰撞实验之后,做500周的循环之后再做水下的防水安全实验的验证。

整个电池寿命优化的评估:围绕车端和用户端构建了一个以数据为基础的面向用户的电池容量评估模型,再把电池容量的评估模型引入到安全的因子里边,来去判断整个安全的程度,进而去优化确保整车的安全使用。

用户BMS的匹配:通过对大数据和充电行为的分析,以及电池状态的评估,通过OTA对车辆进行相应的BMS匹配的优化。

故障的预警分析:基于用户的数据统计和数据探索,把这些数据引进到诊断系统里面,对BMS和用户使用行为的优化,通过电池运行数据改善用户的使用行为,保证电池更好的状态,来延长电池寿命。

第五,大的工作,就是把产品的实验验证好,这也是我们整个实验的一些内容。

第六,整个过程服务,就是我们在国内建了5大区域、240家新能源车服务的网点,确保车辆能够及时的去维修和服务。

第七,就是具体对我们整个产品运营状态的监控,实时保证车辆的安全。

最后,为了保证整个电动车的安全,我们也期望和全球的各个合作伙伴共同来去开发新能源车,保证我们整个新能源汽车事业的健康发展。

来源:第一电动网

作者:邓娅

本文地址:https://www.d1ev.com/news/zhanhui/100542

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