為應(yīng)對(duì)電池安全這一全球重大挑戰(zhàn)，推動(dòng)電池安全領(lǐng)域的國(guó)際合作，美國(guó)能源部(DOE)和德國(guó)科學(xué)教育部(BMBF)及相關(guān)國(guó)際知名學(xué)者發(fā)起了國(guó)際電池安全研討會(huì)(International Battery Safety Workshop，IBSW)，并相繼于2015年在德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)、2017年在美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，成功舉辦了第一屆和第二屆國(guó)際電池安全研討會(huì)(IBSW)。2019年10月8日，第三屆國(guó)際電池安全研討會(huì)在北京召開(kāi)，大會(huì)由清華大學(xué)電池安全實(shí)驗(yàn)室主辦，會(huì)議主題是“為電動(dòng)汽車(chē)制造更安全的高比能電池”。

 

       10月8日下午舉行的電池安全技術(shù)峰會(huì)A上，中國(guó)汽車(chē)科技研究中心首席專(zhuān)家王芳發(fā)表了主題演講，以下為演講實(shí)錄。

 

       女士們，先生們，大家下午好!首先我非常榮幸能夠來(lái)到這里做報(bào)告，題目是關(guān)于實(shí)驗(yàn)室電池的測(cè)試、評(píng)估。

 

       首先介紹一下我們的實(shí)驗(yàn)室，我們CATARC電池測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，我們電池測(cè)試實(shí)驗(yàn)室是做電池的，我想很多人都很熟悉了，我們測(cè)試內(nèi)容涵蓋從材料到電池、到BMS、到系統(tǒng)，以及梯次利用的環(huán)節(jié)，梯次利用會(huì)涉及到不同的使用場(chǎng)景下全生命周期的評(píng)價(jià)。現(xiàn)在整個(gè)測(cè)試會(huì)包含這樣幾個(gè)大的方面。我們現(xiàn)在承擔(dān)者一些國(guó)家的項(xiàng)目，在做不同的測(cè)試評(píng)價(jià)。

 

       我的報(bào)告是關(guān)于電池安全測(cè)試評(píng)價(jià)和標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)工作。首先從電池的安全和電池技術(shù)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)來(lái)討論這樣一個(gè)話(huà)題，昨天有很多的專(zhuān)家參加了的閉幕會(huì)議，討論的幾個(gè)主題也是跟這個(gè)直接相關(guān)的，包括：第一個(gè)，為什么討論快充，第二個(gè)，為什么考慮到固態(tài)電池這樣的技術(shù)路線(xiàn)，第三個(gè)，高比能電池的安全挑戰(zhàn)。我這部分內(nèi)容也是跟這個(gè)有類(lèi)似的考量。

 

       我想大家昨天考慮的出發(fā)點(diǎn)更多的是，我們?nèi)绾斡梦覀兊募夹g(shù)、用我們的方法或者是產(chǎn)品的改進(jìn)去提升我們的安全性，是這樣一個(gè)出發(fā)點(diǎn)，我的這個(gè)出發(fā)點(diǎn)最終的目的是這樣的，但是因?yàn)槲沂亲鰷y(cè)試評(píng)價(jià)和標(biāo)準(zhǔn)化工作，所以我們做這個(gè)的時(shí)候，第一出發(fā)點(diǎn)，是考慮我電動(dòng)汽車(chē)的安全事故存在著哪些事故形態(tài)，我們?cè)趺礃尤ブ贫ㄒ粋�(gè)測(cè)試方法和一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，盡可能的去重現(xiàn)它，幫著產(chǎn)品去提升它的安全性。

 

       我們?cè)诜治鍪鹿实男螒B(tài)是這樣一個(gè)出發(fā)點(diǎn)，匯總分析了一下，這個(gè)是140個(gè)我的團(tuán)隊(duì)統(tǒng)計(jì)的事故的形態(tài)，統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)是我們相對(duì)來(lái)說(shuō)比較能夠掌握的事故形態(tài)的脈絡(luò)，基本上主要的事故狀態(tài)和原因都是有詳細(xì)記錄的，大家可以看到，這種情況下把它分為幾大類(lèi)，可以看到它的事故形態(tài)里占比比較高的有充電或者是過(guò)充電，也就是咱們昨天討論的第一個(gè)話(huà)題里面的內(nèi)容，第二個(gè)是機(jī)械的破壞，第三個(gè)是自燃，可能這個(gè)就是大家這兩天討論非常多的，包括內(nèi)短路、包括熱失控等等這樣一些狀態(tài)，最終在電池的部位發(fā)生的自燃。

 

       還有一個(gè)是泡水，其他的就是和傳統(tǒng)車(chē)一樣的了，可能不是我們關(guān)注的重點(diǎn)。我們關(guān)注的重點(diǎn)會(huì)聚焦在這五大類(lèi)，跟電池有著直接關(guān)系的事故形態(tài)。

 

       舉例看一下：

 

       第一個(gè)，充電和過(guò)充電。因?yàn)槲易约簠⑴c調(diào)查的很多起事故，其中比如2015年有一起是下面的這個(gè)圖，直接的過(guò)充電，因?yàn)楣芾硐到y(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致了這種控制策略不當(dāng)帶來(lái)的事故，這種事故形態(tài)后來(lái)很少出現(xiàn)，特別是這三年當(dāng)中，基本上這一類(lèi)事故不再出現(xiàn)，而出現(xiàn)的充電事故很多都是因?yàn)樵诔潆姷哪┢诨蛘呤浅潆娡戤呉院髷R置在那兒一段時(shí)間發(fā)生的，就是正常充電狀態(tài)或者充滿(mǎn)電以后發(fā)生的事故，這個(gè)可能跟我們昨天討論的話(huà)題更深入，大家要更深層次的思考到底什么樣的原因?qū)е铝诉@樣狀態(tài)事故的發(fā)生。

 

       第二個(gè)，碰撞。應(yīng)該歸類(lèi)為機(jī)械，表現(xiàn)得形式除了這個(gè)圖上展示的視頻，比如托底或者機(jī)械碰撞以外，大家更關(guān)心的有一個(gè)，我在后面第二部分會(huì)提到的，在電動(dòng)汽車(chē)使用過(guò)程當(dāng)中，它的機(jī)械可靠性帶來(lái)的次生的機(jī)械的安全性，大家可以理解這個(gè)概念吧，在長(zhǎng)期的使用當(dāng)中，可靠性的降低潛在引發(fā)的這種安全的事故。

 

       第三個(gè)，泡水。同樣是機(jī)械可靠性帶來(lái)的安全性的事故。

 

       第四個(gè)，熱擴(kuò)散的狀態(tài)。這個(gè)是我們大家可能討論的話(huà)題比較多的，一會(huì)兒也是我講的內(nèi)容里面會(huì)占的比例比較多的一個(gè)地方。

 

       所以我們匯總了一下，我去年參與了電動(dòng)汽車(chē)安全事故企業(yè)的排查，今年因?yàn)閲?guó)家成立了一個(gè)電動(dòng)汽車(chē)安全事故的調(diào)查組，我們調(diào)查了幾十起事故，在這個(gè)事故過(guò)程中，我也有這樣一個(gè)匯總的分析，我們分析其實(shí)很多事故都不外乎有這樣一些原因，就是制造的原因、使用的原因和監(jiān)控的原因，其實(shí)就是多個(gè)原因的綜合，每一個(gè)事故我們都能看到，它并不是單個(gè)的原因直接導(dǎo)致的結(jié)果。首先，跟生產(chǎn)制造有關(guān)系，就是我們的原材料本身的一些缺陷，和生產(chǎn)制造質(zhì)量控制水平帶來(lái)的問(wèn)題。第二個(gè)，系統(tǒng)集成過(guò)程當(dāng)中技術(shù)的缺失帶來(lái)的安全隱患。第三個(gè)，實(shí)際使用過(guò)程當(dāng)中，第一類(lèi)是濫用，第二類(lèi)是正常的老化導(dǎo)致的枝晶的生長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)的損傷等等帶來(lái)的隱患，積累到一定程度以后爆發(fā)導(dǎo)致了這樣一些事故。

 

       講了事故以后，大家昨天坐在那兒討論了很多的話(huà)題，很多是因?yàn)檫@樣的因素帶來(lái)的，發(fā)展到現(xiàn)在電動(dòng)汽車(chē)長(zhǎng)的續(xù)航里程的要求，和大家對(duì)于快充的一些訴求，會(huì)帶來(lái)技術(shù)變革快速的發(fā)展，這種快速的發(fā)展就會(huì)帶來(lái)一系列的挑戰(zhàn)：

 

       首先，能量密度提升帶來(lái)的挑戰(zhàn)。這是我們實(shí)驗(yàn)室這幾年測(cè)試的結(jié)果，系統(tǒng)的能量密度，從2015年的90瓦時(shí)/公斤，到現(xiàn)在的140多瓦時(shí)/公斤。隨著它的發(fā)展我們看到，它的熱特性、熱穩(wěn)定性也是有明顯的變化，我們?cè)?016、2017、2018我分別測(cè)試了當(dāng)時(shí)這三年里典型的產(chǎn)品量比較大的國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品，包括三星、LG的電池，大家可以看到，隨著能量密度的提升，不管你的本體安全性如何去提升，我們還是可以看到，隨著能量密度的變化，它的熱特性、它的熱穩(wěn)定性還是會(huì)有這樣一些差異，這是非常明顯的一個(gè)差異。

 

       第二個(gè)挑戰(zhàn)，材料體系變化的挑戰(zhàn)。大家看到，我們現(xiàn)在要想追求高比能，必然選擇從磷酸鐵鋰往三元走，而三元從333、到532、到811，這個(gè)變化必然帶來(lái)熱穩(wěn)定性的變化以及熱失控時(shí)間的提前和釋氧量的差異，這些都是需要我們?nèi)ソ鉀Q本真的安全性，需要解決的這樣一個(gè)挑戰(zhàn)。

 

       第三個(gè)挑戰(zhàn)，大家對(duì)于長(zhǎng)續(xù)航里程的追求，從體系變化以后我們另外一個(gè)能夠想到的是，有限的空間里能夠塞進(jìn)盡量多的電池，而這種情況下可以看到，電池就會(huì)越做越大，這種情況下要做大的話(huà)，電池必然會(huì)把它的鋁箔和銅箔做薄，而且隔膜也會(huì)盡量的做薄，這種情況下正極、負(fù)極、隔膜、電解液這種感性的技術(shù)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)又是很大的挑戰(zhàn)。

 

       第四個(gè)挑戰(zhàn)，我們看到電池安全性的事故，很多時(shí)候是它的全生命周期，我調(diào)查的這些事故當(dāng)中，有很多都是1萬(wàn)多公里以后發(fā)生的事故，這就證明，電池大家看了，它是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，電池可用的范圍，在全生命周期內(nèi)是不斷變化的，對(duì)我們?cè)u(píng)價(jià)來(lái)說(shuō)帶來(lái)的挑戰(zhàn)，就是在全生命周期內(nèi)它的可用、可控和失控的評(píng)價(jià)是我們面臨的挑戰(zhàn)。在整個(gè)前沿下，我們對(duì)于電池的測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)可能會(huì)是一個(gè)貫穿全生命周期的評(píng)價(jià)工程，它在全生命周期內(nèi)壽命和安全性的衰減，不同的循環(huán)周次下它的這種循環(huán)性的內(nèi)在和外在的表現(xiàn)到底是什么樣的。

 

       第二個(gè)，在整車(chē)應(yīng)用工況下它是一個(gè)多層次的評(píng)價(jià)。比如從材料到電池閉環(huán)的構(gòu)效關(guān)系是復(fù)雜的構(gòu)效關(guān)系，我們盡可能要搞清楚。第二，全生命周期衰減的變化規(guī)律和BMS精準(zhǔn)的評(píng)價(jià)以及PACK可靠性的評(píng)價(jià)。

 

       這一頁(yè)其實(shí)是我去年申請(qǐng)的國(guó)家科技部的一個(gè)重大項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)接近1個(gè)億，有全國(guó)21家單位參與，我們?cè)谖磥?lái)的3年內(nèi)這部分內(nèi)容會(huì)產(chǎn)出幾十個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和幾十個(gè)測(cè)試方法。

 

       電池的評(píng)價(jià)也是在整車(chē)應(yīng)用的基礎(chǔ)上多工況、多維度的評(píng)價(jià)，其實(shí)我們對(duì)于電池的評(píng)價(jià)，更多的是整車(chē)的要求來(lái)引出的對(duì)于電池的要求，所以對(duì)于安全性來(lái)說(shuō)也是一樣，整車(chē)希望充電的安全，我們電池一方面，要求BMS能夠精準(zhǔn)的去管理它，包括熱管理，包括功能安全管理，能夠讓它在可控的范圍內(nèi)進(jìn)行充電使用和正常使用。

 

       像我剛才提到，我們這兩年發(fā)生的事故更多的都是在正常的充電結(jié)束以后發(fā)生這樣的狀態(tài)，所以我們今年跟能源局有一個(gè)跨產(chǎn)業(yè)鏈的合作，包括充電樁、充電系統(tǒng)這一系列的跨產(chǎn)業(yè)鏈去考核，電池的充電到底什么樣是好的，到底什么樣的電池是一個(gè)好的能快充的一個(gè)電池，因?yàn)檫@個(gè)充電本身就是一個(gè)有多個(gè)指標(biāo)體系綜合的評(píng)價(jià)體系，我們?cè)u(píng)價(jià)一個(gè)電池能不能快充、快充是否好，是在全生命周期內(nèi)來(lái)看它的綜合指標(biāo)是不是能夠達(dá)到要求，這也是我們一個(gè)大的課題現(xiàn)在正在做。

 

       除了充電以外，第二個(gè)就是剛剛提到機(jī)械安全，只提一點(diǎn)，我們現(xiàn)在更關(guān)心的就是，比如剛才說(shuō)了泡水、IP等級(jí)，我們看到一個(gè)新鮮電池做法規(guī)的時(shí)候沒(méi)有任何問(wèn)題，水泡在里面是很干凈的，但是我們擔(dān)心的是，經(jīng)過(guò)上萬(wàn)公里行駛以后，這種機(jī)械可靠性的降低，它還能不能承受住這樣的泡水、碰撞等等這樣一些機(jī)械和水的破壞，這個(gè)是我們更關(guān)心的，這個(gè)相關(guān)的測(cè)試方法也寫(xiě)進(jìn)了JB的標(biāo)準(zhǔn)。

 

       第三個(gè)，熱安全，簡(jiǎn)單說(shuō)一點(diǎn)就是熱擴(kuò)散的測(cè)試。我們認(rèn)為，在目前的技術(shù)條件下，單體電池的熱失控是不可避免的，至少目前的技術(shù)體系下還是存在的，我們接受這種存在，但是我們要求，當(dāng)發(fā)生這個(gè)的時(shí)候一定要有一個(gè)監(jiān)控，就是熱失控監(jiān)控的信號(hào)，當(dāng)這個(gè)信號(hào)發(fā)生以后，我們當(dāng)然希望這個(gè)電池不會(huì)失控、也不會(huì)整體的擴(kuò)散，但是如果一旦擴(kuò)散，在擴(kuò)散之前我們希望給人員足夠的逃生時(shí)間，這個(gè)也寫(xiě)進(jìn)了GB的標(biāo)準(zhǔn)。

 

       今天上午歐陽(yáng)老師也提到，我們?cè)趨⒓尤�球法�?guī)的制定，這個(gè)也寫(xiě)進(jìn)了全球的技術(shù)法規(guī)，現(xiàn)在正在制定。

 

       第三步簡(jiǎn)單的提一下，在測(cè)試評(píng)價(jià)方法的研究上，我們?cè)趺礃影阉鼧?biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程，首先，這是中國(guó)相關(guān)電池的標(biāo)準(zhǔn)，我畫(huà)紅框里面最下面的GB的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)在已經(jīng)報(bào)批，而且經(jīng)過(guò)了WTO的過(guò)程，應(yīng)該很快就會(huì)發(fā)布實(shí)施。這是我們最近中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)路線(xiàn)圖，我們近期會(huì)重點(diǎn)關(guān)注熱管理系統(tǒng)等等標(biāo)準(zhǔn)起草的工作。

 

       除了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以外，國(guó)內(nèi)法規(guī)，現(xiàn)在第一階段結(jié)束，現(xiàn)在是第二階段的狀態(tài)，第二階段有五個(gè)議題，五個(gè)議題里面熱擴(kuò)散、振動(dòng)、海水浸泡、毒氣分析、整車(chē)的高壓安全，我本人也是第二階段技術(shù)組的組長(zhǎng)，在做相關(guān)的工作，也感謝我們國(guó)內(nèi)的專(zhuān)家，包括清華，包括CATL、力神、萬(wàn)向等等一些企業(yè)都在深度的參與到我們的工作當(dāng)中，也希望更多的人能夠參與進(jìn)來(lái)，我們下次會(huì)議12月份在德國(guó)的柏林，歡迎國(guó)內(nèi)的專(zhuān)家都可以到現(xiàn)場(chǎng)去參與國(guó)際法規(guī)的討論。

 

       我的報(bào)告就是這些。謝謝大家!