技術(shù)持續(xù)進步和產(chǎn)品安全性能完善一直是動力電池行業(yè)發(fā)展之要,是行業(yè)內(nèi)外關(guān)注的熱點問題,也是中國電池聯(lián)盟調(diào)研的重點方向。在日前舉辦的新能源鋰電材料產(chǎn)業(yè)論壇期間,中國汽車技術(shù)研究中心王芳等專家就動力電池技術(shù)和產(chǎn)品安全問題向中國電池聯(lián)盟談了她的觀點。
一是技術(shù)問題。數(shù)據(jù)表明,2017年國內(nèi)新能源汽車的產(chǎn)銷量分別達到了79.4萬輛和77.7萬輛的規(guī)模,與之匹配的動力電池裝機量達到了367億瓦時。預計到2020年,動力電池的需求量將達到1000億瓦時左右。
某鋰電專家認為,動力電池技術(shù)的問題是能量密度不夠。到目前為止,磷酸鐵鋰裝車電池的能量密度基本上在145Wh/Kg,三元電池在185Wh/kg。據(jù)2017年純電動乘用車的數(shù)據(jù),224款車型中三元電池裝車數(shù)是199款,占總車型的88.8%,同時,能量密度在120-150 Wh/kg之間的車型占到總車型的27%。磷酸鐵鋰電池技術(shù)成熟度和安全性相對較高。
在動力電池的全生命周期性能方面,測試評價分成可用、可控和致災危害評價三方面。
在封裝結(jié)構(gòu)方面,軟包電池的成組效率比其他封裝結(jié)構(gòu)要高。電池的成組率2016-2018年從0.63上升到0.74,包括磷酸鐵鋰和三元電池。2017年統(tǒng)計145款有單體電池和電池組系統(tǒng)對比的數(shù)據(jù),單體電池的能量密度平均值是173Wh/Kg,再將體系進行細分,磷酸鐵鋰單體電池的平均值是144Wh/Kg,到了系統(tǒng)層級是117Wh/Kg,成組率可以高達81.5%。
磷酸鐵鋰電池最高的成組率可以達到85%。三元單體是183Wh/Kg,到系統(tǒng)層級是115Wh/Kg,成組率是0.64。三元電池的安全性較差,熱失控的點比磷酸鐵鋰早得多,三元電池對安全性集成技術(shù)的重視,導致在系統(tǒng)集成方面所附加的東西增多,降低了三元電池的成組率。
對于方型、圓柱、軟包之爭,王芳認為方型、軟包、圓柱三種電池競爭比較是好事,能促進技術(shù)發(fā)展。從單體到系統(tǒng),圓柱的成組率并不占特別大的優(yōu)勢,軟包略占優(yōu)勢。她統(tǒng)計了90多款電池包,只有三款風冷,其他都是自然冷卻,這和2016年初完全不一樣,2016年初選擇液冷的乘用車較多,2017年受到補貼和其他因素的影響,選擇液冷、風冷的越來越少,更多的是選擇自然冷卻。
上述鋰電專家認為,動力電池技術(shù)在三方面需加大攻關(guān),一是能量密度性能,二是安全性,三是壽命。
二是產(chǎn)品安全問題。對于動力電池來說,首當其沖的是安全問題,這跟它的能量密度、功率密度緊密相關(guān),跟經(jīng)濟性相關(guān)的是壽命以及低成本性。
某電池專家表示,產(chǎn)品安全是一票否決,再是續(xù)航,三是加速,四是全生命度,五是便捷,六是適用性,七是環(huán)境友好。從整車實際應用來說,整車的性能包括加速的性能、動力性、安全性、經(jīng)濟性以及壽命。其中最重要的是安全性。
國家新能源重點專項布局,提出了300Wh/Kg的概念,是產(chǎn)品級的水平,要求產(chǎn)品在滿足300Wh/Kg關(guān)鍵指標的同時,要滿足整車的使用要求,達到電池的安全性和壽命的基本要求。
她還從測試評價的角度對安全性指標予以闡明,她認為電池發(fā)生安全事故,最初都是熱失控,現(xiàn)在做的評價是從材料、電池、BMS、系統(tǒng),到實現(xiàn)多層級的熱特性和熱安全、熱失控的對應,到材料的熱穩(wěn)定性,到電池全生命周期內(nèi)的熱安全性,再到BMS的熱管理,最終到系統(tǒng)熱穩(wěn)定性、控制熱失控能力的評價。不同充放電電流下,產(chǎn)熱的速度、產(chǎn)熱的功率和產(chǎn)熱量都不一樣,要了解每個電池發(fā)生熱失控的點,電池發(fā)生熱失控的趨勢和可能性、溫度的范圍在哪里,要了解傳播到另外一個電池的傳播路徑以及傳播速度、傳熱量是什么樣。這是設(shè)計熱管理可用評價最基礎(chǔ)的手段。
對于電池是否安全的問題,電池專家認為,安全是相對的概念,而不安全是絕對的。如何使電池安全系數(shù)提高且隱患降低是一個系統(tǒng)工程。要找到熱失控的關(guān)鍵點,要能夠有足夠的時間讓人逃生,這是電動汽車的安全理念,全球只有一個安全法規(guī),就是人員的安全,財產(chǎn)不在考慮范圍內(nèi)。多長時間人員能夠逃生?就是行駛時從車上逃離到安全區(qū)域的時間。上述鋰電專家也持同樣觀點。
最后她透露,目前國內(nèi)正在制定國家的標準,審查以后會報到WTO在國際上征求意見,最終成為強制安全標準。另外,電動汽車管理系統(tǒng)的功能安全標準,也在制定之中。