中汽中心王芳：動力電池安全是根本，品質提升應放第一位
中國汽車技術研究中心動力電池首席專家王芳作主題演講
11月17日，“2017’第二屆動力電池應用國際峰會暨第三屆中國電池行業智能制造研討會”繼續在北京精彩召開。本屆峰會由中國化學與物理電源行業協會和電池中國網共同主辦，天津力神電池股份有限公司聯合主辦；中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會承辦，無錫先導智能裝備股份有限公司聯合承辦。參加此次峰會人數超600人。
在動力電池技術創新分論壇上，中國汽車技術研究中心動力電池首席專家王芳作主題演講，就動力電池標準與測試評價技術的最新研究進展同與會人員進行了詳盡的交流探討。
以下為王芳演講內容：
我報告的內容是動力電池標準與測試評價技術的研究，首先簡單提一下動力電池現有的一些標準。我們現有的標準體系，我在很多場所都講過，應該大家都知道了。不過多的陳述，只提到一點，現在的GB電池的強制標準正在執行當中，11月27號、28號會在杭州開電池標準工作組的討論會。我們看一下這個標準里面一些比較重要的標準，一個就是電池單體單體模塊的標準和電池系統安全的標準，這是現在強制執行的這幾個標準，也是大家關注度比較高的。另外就是電動客車的安全條件，我就把這幾個標準的內容跟大家匯報一下我們測試的情況。
對于電池單體來說，剛才王主任詳細介紹了，現在電池產品技術水平，比如磷酸鐵鋰系統達到130瓦時每公斤，我們統計了一下，現在100到200瓦時每公斤以內的電池其實可以占到整個占比的85%。安全這一塊，單體模塊的安全測試，從電、機械和環境這三個方面做一些常規性的測試，相對來說，里面現在問題比較多的是過充，對于現在高比能的三元電池來說會有一定的難度。
到電池系統性能的測試，有一個跟補貼掛鉤的就是電池能量密度的測試，我們對今年上半年到下半年的電池產品的能量密度進行分析，可以看到這幾個月的時間內，能量密度提升了大概十瓦時每公斤以上，成組率增加了5%以上。這幾個月里面，大家看這個電池系統成組的方式也有很明顯的變化。補貼的能量密度要求對大家成組技術的一些選擇的影響。我希望企業在追求能量補貼的同時，也要盡可能多考慮首先把電池品質提升能夠放在第一位。
機械振動和擠壓這兩項比較難通過，我們在這個基礎上，7月份提出了修改單，振動變成了一個三個小時的振動，原來是21小時三個方向的隨機振動，修改單以后，這個機械安全通過率明顯提升。電動客車的安全條件里面，跟電池相關的主要是熱失控，這個實驗相對來說是非常嚴苛的，對于高比能的三元電池來說，通過是非常難的。另外一個實驗就是熱擴散，它用三種過充或者加熱的方式，把電池里面的一個單體搞成熱失控以后，看整個系統的熱擴展情況。這個實驗進行了很多，我第二部分測試評價主要是講兩個方面，一個就是熱擴散我們現在的研究，另外就是剛才提到的振動。因為我們認為現在的修改單所建議的振動是不符合實際使用的。
我們看一下整個測試評價的體系，其實電池的測試評價關注的內容會包含這樣幾個方面，包括一致性、倍率、能量和壽命的衰減，其中還有一點比較重要的就是安全。現在大家非常關注，安全的本質就是熱特質的穩定性。首先我提一下振動的研究，為什么要做振動？原來的31467.3這個標準比較嚴苛一些，通過率相對較低。另外我們在修改單以后，它是一個振斜的振動，對于不少電池的在不平衡的不規則的振動下，它所產生的這樣一個掃平的振動。我們認為在路上行駛過程當中，對于車上的部件來說，它應該是因為壞路的顛簸而導致隨機振動。在這種基礎上我們開展了我們實際路譜的振動研究，研究的基礎條件是用同樣的路面條件，同樣的采集點，同樣的分析方法，而且考慮到國內外的車型分布來做。具體的方法就是通過采集數據，分析數據和讓數據正規化，這是我們做的22輛車里面的部分車型，涵蓋了乘用車、商用車這樣一些車型。
第一步是獲取數據的一個過程，選用的是通縣的實驗場，2000年的測試規則，選擇了九個路面，包括沙石路、鵝卵石路等等這樣一些路面。在做完這個實驗以后，我們做了典型的特征路面，這是采集傳感器的安裝，安裝是非常重要的，我們要考慮到電池包跟車身連接的那個點去做，一般是四個安裝點，在特殊情況下會增加。實驗我們會做三次，每個實驗都循環做三次。做完以后，第二步就是數據分析，數據分析只是一些加強的路面，我們會去把它采集，另外數據要選三次實驗的平均值。頻率是在5到200赫茲之內，選擇它最大的PSG值，也就是功率譜密度的值。第三步，對數據進行正規化，要考慮到電池每個電池包它的強化系數，強化系數的選擇需要依據的是ISO19453的標準去進行。這是我們做的20多輛車的數據，在數據分析以后，我們還要進一步對數據進行解析，要考慮到不同車型的差異，也要考慮到頂置電池包它的差異。同時也要考慮到像剛才說的搓板路振動的信號，它對車部件的不同要求。同時要考慮強化測試，不會壓縮變形的情況下把它變成12個小時的振動，減少測試的時間，最后還要進行異常數據的剔除，最終得到現有的21小時的測試條件和12小時的強化測試條件。目前我們按照這個實驗方法，對電池包進行振動的測試，按照這樣六個順序來進行實驗。
第二個，快速的過一下熱擴散的研究，熱擴散研究是因為電動客車的安全性一直在做，在做這個實驗過程中，我們發現有幾個問題，這三個方法的對等性如何，第二個，每個方法的重現性如何，第三個，每個方法對電池引入的外加能量對實驗結果的影響如何，第四個，熱失控的控制點的精確度如何，這些是需要我們進一步研究的內容。在這個基礎上，我們又開始了新的研究。對這三個方法進一步細化的分析，這是我們制定的方法，這個在6月份的時候都給大家發過。包括溫度的采集以及其他的一些參數，這是我們要求在測試過程中采集的這些參數。包括溫度傳感器安裝的位置和安裝的數量都進行了一些詳細的建議，選擇的對象，我們在這個基礎上，實驗室也開展了一些研究。選擇的依據就是根據現有的產品分布，選擇了不同能量密度區間不同體系的電池做了這些實驗。
我們可以看到剛才那個實驗有些綠色的，沒有觸發熱失控的，我們對于觸發熱失控的進行了一個分析，對引入能量的分析，大家可以看到對于加熱來說，磷酸鐵鋰引入的能量明顯高于過充的。而對于三元來說，過充引入的能量它會大于加熱的。我們再細化分析一下，可以看到對于相同范圍內能量密度的電池，無論是什么體系的，它基本引入的附加能量基本是一致的。這個附加的能量是我們要考慮這個實驗本身，因為實驗而對這個產品的結果造成的影響，希望把這個外加影響降到越低越好。過充有很多情況下不能觸發熱失控，因為有很多電池有一些防熱失控的設計。針刺的特征，它基本能夠觸發熱失控，有部分的類型不能觸發。加熱基本能夠觸發，有一部分到了300度還沒有熱失控，我們認為它是相對安全的。我們對加熱的結果進行分析，找到熱失控具體的控制點，包括三元的，磷酸鐵鋰的，對它熱失控的時候，它的電壓、溫升速率進行詳細的分析，它的溫度到了多少，它的電壓下降到底到百分之多少，這個便于我們能夠更精準的定義熱失控的那個點參數的設計。進行溫度采集，其他參數的采集，我們這方面做了幾個樣品的測試，現在還在進行當中。這是其中的一個樣品，大家可以看到做了兩次實驗，它的一些重現性相對還是比較好的。在這個過程中，可以看到如果對這個電池的加熱功率選的比較合適的話，一個電池觸發熱失控，它周邊的電池相對來說不受到影響，實驗結果的重現性相對的就非常好。
我沒有下結論，是因為電池測試第二階段的工作剛剛開始，未來還有三年。另外電池的JB強標里面到底怎么寫，我們還在討論，還在商討，在28號那天會上會有一些初步的建議會出來，所以大家也可以關注。我的報告就到這里，謝謝大家。
（根據發言整理，未經本人審閱）
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