Ventura動力鋰電池系統技術的發展趨勢
Ventura動力鋰電池系統技術的發展趨勢
各位來賓，各位領導，大家下午好，我叫陳旸，來自萬向A一二三系統有限公司。感謝大會給我提供這樣的機會和大家一起共同探討電動汽車未來的發展。我們作為電池供應商，對車的知識不如整車廠多，但是對電池有一定的了解。今天想利用這個機會跟大家共同探討一下在今后幾年內，動力電池系統技術的發展趨勢。
我今天想介紹主要兩點，談發展趨勢，就要了解我們現在面臨的挑戰是什么?怎么樣來迎接這些挑戰?談到電池系統，大家都很熟悉，它是由模塊，熱管理系統，電池管理系統，電氣系統，電池包系統及密封系統組成。那么看現在的系統技術，我們現在面臨的最大挑戰是什么?中國將會成為世界上最大的電動車的市場。高系統能量密度和長純電動旅程是我們的目標。要實現這個目標，安全就會成為至關重要的問題。沒有了安全，一切都無從說起。所以安全很重要，另外一點就是剛才很多專家學者都提到的可持續性發展。我們現在的市場是靠補貼來推動市場，那么將來隨著補貼逐漸逐漸地增多，這個市場怎么實現可持續性地發展。就會涉及到很多技術問題，商業運營問題。要想讓市場得到可持續性地發展，首先質量要能夠保證，這是大家接受電動車的前提。同時，我們要有先進的技術作為降低成本，提高質量的基礎。
現在回到第一個話題，就是安全，涉及到電芯的安全，熱安全，結構安全和電器安全。這個里面電芯的安全是整個系統里面最關鍵的安全技術。萬向A一二三采取的路線是從基礎材料角度來做基礎研究，從根本角度解決了安全問題。A一二三在材料基礎研發方面有很多技術積累，在磷酸鐵鋰方面積累了很多的經驗。我們現在把這些經驗用到三元材料的研究中。我這里給大家舉一個例子，我們現在研發的是532的材料。我們想辦法通過材料的表面處理技術，來提高防止熱失控的能力。大家可以看到，通過這種合成技術，我們可以很有效地把“防熱失控”的材料包敷在NMC材料的表面，從而提高三元正極材料的安全性。怎么樣能把包敷得形式做得更加靈活，怎么樣把這項技術盡快推廣到量產上，我們仍需要做更多的工作。這樣做的效果如何哪?我們從這張圖可以看出(綠的那條線就是普通的市場上找到的532材料，藍的是我們自己合成的材料)，從市場上找到的523材料，大概300度左右就發生熱失控。我們合成了這一種材料，到350度是熱失控仍未發生。當然搞電芯的人都知道，研究一個電芯要有性能的綜合評價。我們現在僅僅是從安全角度考慮的。那么電芯的壽命，電芯的成本，我們還要考慮其他綜合因素，最終開發一個最優的電芯。這一研究結果告訴我們基礎研究對提高電芯的安全是最重要的，也是可行的。這是我們堅持的路線。
講完電芯的安全，我們講結構安全。結構安全涉及到很多方面，包括疲勞特性和抗沖擊特性。疲勞特性通常是用隨機振動來驗證的。但是隨機振動的輸入是不是合理對系統的設計有很大的影響。電動汽車的可持續性發展與系統的成本又很大的關聯。但是如果輸入得很嚴格，系統結構設計就必須很強壯。這樣的話，成本就增高了。我們目前現在的狀態，因為大家做這個產品，都要通過GBT的驗證。GBT的振動就要比我們很多小的電動車實際的合載要強得多。因此導致系統過設計。我們的認證機構也意識到這個問題，正在修改相應標準。但是從供應商的角度講，希望在這方面主機廠和國家機構能夠在一起多方面地緊密合作，研發出我們適合自己車型的何載。在國外和其他OEM工作的時候，每個工廠都是按照自己的路譜來設計的。同樣電池本身理論上可以把它設計成抗碰撞的，但是這個設計要非常強壯。這樣的話成本就上去了。因此整車應該來承擔碰撞荷載，同時電池本身也要承擔一定量的變形。通過優化設計來保證整個安全特性。同時電池系統要承擔低速沖擊，但是怎么來設計也是很重要的一點。這決定了電池設計有多大，重量有多少，承載有多少。
我們現在密封的設計驗證方法都是對新設計而言。可是在實際的應用過程當中，你剛剛設計出來的時候，特性是好的。那么用了十年以后呢?從現在到十年的過程當中，要經歷怎么樣的荷載，經歷多少疲勞荷載，材料老化。如果把這些技術都做一個綜合的研究，開發出一個比較完整的方法的試驗方法，在設計初期就可以預估系統生命終期的密封性能，那么對提高安全性就有非常大的幫助。這是行業要做的事情。當然我們也有很多成功的經驗。
我本人做了幾十年的CAE，軟件有很多功能，但是它取決于你輸入的條件。輸入了什么東西，輸出的東西就是什么。所以我們在CAE的前提下，要做一些CAE方法的驗證。這樣的話才知道這個CAE做出來的結果是可靠的。這一點朋友們都有共識，但是我還是想利用這個機會說一下。
熱安全方面也很重要。要想根本地避免熱的問題最難的就是加強完整的質量體系。要從整個的生產體系，找出可能導致內短路得原因，采用相應的控制手段，避免這些問題的出現，從而防止可能產生的熱失控。應該做什么樣的實驗來檢查。要從各個角度做實驗，防止這樣的事件發生。當然從另外一個角度講，我們需要有探測功能。BMS應該有這個預報功能，能探測出來這個要出問題了，應該采用壽命樣的控制策略來減緩可能得危害。當然我們最終還要研究出一套可行的測試方法。用來測試熱失控一旦發生，系統是否可以抑制熱失控的蔓延，以保證乘客安全。在這方面還要做更多的工作，這樣子能找到一種能給予我們一致的可靠的結果，在設計過程當中用它來評價系統設計，來提高熱安全的設計水平。
這里面給出了幾個例子，我們在做這個系統的時候，有多重的熔斷器(電池包，模塊，電芯，甚至還有線束的熔斷器)。同樣其他的溫度傳感器，當它高溫的時候如何來實現保護。電氣安全的范圍很廣，所以我不說很多。大家如果注意觀察，現在電動車發生的事故中，很多都跟這些方面有關系。我們現在很多的插件都是進口的產品，原因是什么呢?我們怎么樣評價自主品牌的疲勞性，怎么樣提高產品的可靠性和疲勞特性。這是電器安全方面需要做的很重要的工作。所以我也希望利用這樣一個機會，因為大家在這方面看似很簡單的問題，但是對行業是有很大的發展。首先它能降成本，另外能帶動行業的發展。
功能安全在國內沒有那么地充分重視，近幾年非常高度重視了。但是它會帶來另一方面的問題，不同安全等級對系統的要求完全不同，對系統的成本有很大的影響。我們要在保證產品在安全可靠的情況下，又不提高過多的成本，這也是我們研究的重要問題。這就是功能完全的例子，我就不重復了。經過嚴格的分析，經過各種各樣的實驗，可以證明安全等級B完全可以滿足要求，而不需要安全等級C。這樣可以在滿足系統安全的前提下降低系統地成本。
輕量化也是很重要的，材料當然是很重要的方面。還有有一點大家在想，結構的強取決于荷載，我們現在的電池包于整車的連接都是硬連接，這樣的話車的車載全部都傳到電池上去。我們是否可以考慮軟連接以降低傳入電池包的何載，從而實現結構的輕量化。
電池準確的狀態評估對其安全運行有根大的影響，現有算法多集中在生命初期。全生命周期內準確的電池狀態評估也是我們面臨的一個重要任務。
最后我想，可持續性發展，安全是必需的。可持續性就要有高質量、低成本，這個都需要技術去做支撐。回收利用對可持續發展也很重要。最后講一個簡單的可持續性發展的例子，像萬向A123去年在的12V啟動電池的技術上取得了重大突破，其-30度的低溫啟動性能比鉛電池還好，這為該產品的廣泛應用奠定的技術基礎。48V電池也是這樣，我們的超級納米磷酸鐵鋰電池的單體功率密度可以做到每公斤3000瓦，系統功率密度每公斤2000瓦。這使得我們的產品在全球市場得到了廣泛的應用。萬向A123得48V電池現已量產。到2020年預計產量超100萬套。最后想跟大家說一句，安全和可持續性發展是我們面臨的兩個重大的問題。通過基礎研究帶動這個行業的發展，萬向A123愿與大家一道在這方面為行業的發展做出我們的貢獻，謝謝大家!