為應對電池安全這一全球重大挑戰(zhàn)，推動電池安全領域的國際合作，美國能源部(DOE)和德國科學教育部(BMBF)及相關國際知名學者發(fā)起了國際電池安全研討會(International Battery Safety Workshop，IBSW)，并相繼于2015年在德國慕尼黑工業(yè)大學、2017年在美國Sandia國家實驗室，成功舉辦了第一屆和第二屆國際電池安全研討會(IBSW)。2019年10月8日，第三屆國際電池安全研討會在北京召開，大會由清華大學電池安全實驗室主辦，會議主題是“為電動汽車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峰會A上，中國汽車科技研究中心首席專家王芳發(fā)表了主題演講，以下為演講實錄。

 

       女士們，先生們，大家下午好!首先我非常榮幸能夠來到這里做報告，題目是關于實驗室電池的測試、評估。

 

       首先介紹一下我們的實驗室，我們CATARC電池測試實驗室，我們電池測試實驗室是做電池的，我想很多人都很熟悉了，我們測試內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)，梯次利用會涉及到不同的使用場景下全生命周期的評價�，F(xiàn)在整個測試會包含這樣幾個大的方面。我們現(xiàn)在承擔者一些國家的項目，在做不同的測試評價。

 

       我的報告是關于電池安全測試評價和標準化評價工作。首先從電池的安全和電池技術發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)來討論這樣一個話題，昨天有很多的專家參加了的閉幕會議，討論的幾個主題也是跟這個直接相關的，包括：第一個，為什么討論快充，第二個，為什么考慮到固態(tài)電池這樣的技術路線，第三個，高比能電池的安全挑戰(zhàn)。我這部分內容也是跟這個有類似的考量。

 

       我想大家昨天考慮的出發(fā)點更多的是，我們如何用我們的技術、用我們的方法或者是產品的改進去提升我們的安全性，是這樣一個出發(fā)點，我的這個出發(fā)點最終的目的是這樣的，但是因為我是做測試評價和標準化工作，所以我們做這個的時候，第一出發(fā)點，是考慮我電動汽車的安全事故存在著哪些事故形態(tài)，我們怎么樣去制定一個測試方法和一個測試項目，盡可能的去重現(xiàn)它，幫著產品去提升它的安全性。

 

       我們在分析事故的形態(tài)是這樣一個出發(fā)點，匯總分析了一下，這個是140個我的團隊統(tǒng)計的事故的形態(tài)，統(tǒng)計的基礎是我們相對來說比較能夠掌握的事故形態(tài)的脈絡，基本上主要的事故狀態(tài)和原因都是有詳細記錄的，大家可以看到，這種情況下把它分為幾大類，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充電，也就是咱們昨天討論的第一個話題里面的內容，第二個是機械的破壞，第三個是自燃，可能這個就是大家這兩天討論非常多的，包括內短路、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。

 

       還有一個是泡水，其他的就是和傳統(tǒng)車一樣的了，可能不是我們關注的重點。我們關注的重點會聚焦在這五大類，跟電池有著直接關系的事故形態(tài)。

 

       舉例看一下：

 

       第一個，充電和過充電。因為我自己參與調查的很多起事故，其中比如2015年有一起是下面的這個圖，直接的過充電，因為管理系統(tǒng)設計缺陷，導致了這種控制策略不當帶來的事故，這種事故形態(tài)后來很少出現(xiàn)，特別是這三年當中，基本上這一類事故不再出現(xiàn)，而出現(xiàn)的充電事故很多都是因為在充電的末期或者是充電完畢以后擱置在那兒一段時間發(fā)生的，就是正常充電狀態(tài)或者充滿電以后發(fā)生的事故，這個可能跟我們昨天討論的話題更深入，大家要更深層次的思考到底什么樣的原因導致了這樣狀態(tài)事故的發(fā)生。

 

       第二個，碰撞。應該歸類為機械，表現(xiàn)得形式除了這個圖上展示的視頻，比如托底或者機械碰撞以外，大家更關心的有一個，我在后面第二部分會提到的，在電動汽車使用過程當中，它的機械可靠性帶來的次生的機械的安全性，大家可以理解這個概念吧，在長期的使用當中，可靠性的降低潛在引發(fā)的這種安全的事故。

 

       第三個，泡水。同樣是機械可靠性帶來的安全性的事故。

 

       第四個，熱擴散的狀態(tài)。這個是我們大家可能討論的話題比較多的，一會兒也是我講的內容里面會占的比例比較多的一個地方。

 

       所以我們匯總了一下，我去年參與了電動汽車安全事故企業(yè)的排查，今年因為國家成立了一個電動汽車安全事故的調查組，我們調查了幾十起事故，在這個事故過程中，我也有這樣一個匯總的分析，我們分析其實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，其實就是多個原因的綜合，每一個事故我們都能看到，它并不是單個的原因直接導致的結果。首先，跟生產制造有關系，就是我們的原材料本身的一些缺陷，和生產制造質量控制水平帶來的問題。第二個，系統(tǒng)集成過程當中技術的缺失帶來的安全隱患。第三個，實際使用過程當中，第一類是濫用，第二類是正常的老化導致的枝晶的生長、結構的損傷等等帶來的隱患，積累到一定程度以后爆發(fā)導致了這樣一些事故。

 

       講了事故以后，大家昨天坐在那兒討論了很多的話題，很多是因為這樣的因素帶來的，發(fā)展到現(xiàn)在電動汽車長的續(xù)航里程的要求，和大家對于快充的一些訴求，會帶來技術變革快速的發(fā)展，這種快速的發(fā)展就會帶來一系列的挑戰(zhàn)：

 

       首先，能量密度提升帶來的挑戰(zhàn)。這是我們實驗室這幾年測試的結果，系統(tǒng)的能量密度，從2015年的90瓦時/公斤，到現(xiàn)在的140多瓦時/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，我們在2016、2017、2018我分別測試了當時這三年里典型的產品量比較大的國內外產品，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)定性還是會有這樣一些差異，這是非常明顯的一個差異。

 

       第二個挑戰(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，這個變化必然帶來熱穩(wěn)定性的變化以及熱失控時間的提前和釋氧量的差異，這些都是需要我們去解決本真的安全性，需要解決的這樣一個挑戰(zhàn)。

 

       第三個挑戰(zhàn)，大家對于長續(xù)航里程的追求，從體系變化以后我們另外一個能夠想到的是，有限的空間里能夠塞進盡量多的電池，而這種情況下可以看到，電池就會越做越大，這種情況下要做大的話，電池必然會把它的鋁箔和銅箔做薄，而且隔膜也會盡量的做薄，這種情況下正極、負極、隔膜、電解液這種感性的技術對于我們來說又是很大的挑戰(zhàn)。

 

       第四個挑戰(zhàn)，我們看到電池安全性的事故，很多時候是它的全生命周期，我調查的這些事故當中，有很多都是1萬多公里以后發(fā)生的事故，這就證明，電池大家看了，它是一個動態(tài)變化的過程，電池可用的范圍，在全生命周期內是不斷變化的，對我們評價來說帶來的挑戰(zhàn)，就是在全生命周期內它的可用、可控和失控的評價是我們面臨的挑戰(zhàn)。在整個前沿下，我們對于電池的測試評價技術可能會是一個貫穿全生命周期的評價工程，它在全生命周期內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)性的內在和外在的表現(xiàn)到底是什么樣的。

 

       第二個，在整車應用工況下它是一個多層次的評價。比如從材料到電池閉環(huán)的構效關系是復雜的構效關系，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精準的評價以及PACK可靠性的評價。

 

       這一頁其實是我去年申請的國家科技部的一個重大項目，這個項目總經費接近1個億，有全國21家單位參與，我們在未來的3年內這部分內容會產出幾十個標準和幾十個測試方法。

 

       電池的評價也是在整車應用的基礎上多工況、多維度的評價，其實我們對于電池的評價，更多的是整車的要求來引出的對于電池的要求，所以對于安全性來說也是一樣，整車希望充電的安全，我們電池一方面，要求BMS能夠精準的去管理它，包括熱管理，包括功能安全管理，能夠讓它在可控的范圍內進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跨產業(yè)鏈的合作，包括充電樁、充電系統(tǒng)這一系列的跨產業(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好的能快充的一個電池，因為這個充電本身就是一個有多個指標體系綜合的評價體系，我們評價一個電池能不能快充、快充是否好，是在全生命周期內來看它的綜合指標是不是能夠達到要求，這也是我們一個大的課題現(xiàn)在正在做。

 

       除了充電以外，第二個就是剛剛提到機械安全，只提一點，我們現(xiàn)在更關心的就是，比如剛才說了泡水、IP等級，我們看到一個新鮮電池做法規(guī)的時候沒有任何問題，水泡在里面是很干凈的，但是我們擔心的是，經過上萬公里行駛以后，這種機械可靠性的降低，它還能不能承受住這樣的泡水、碰撞等等這樣一些機械和水的破壞，這個是我們更關心的，這個相關的測試方法也寫進了JB的標準。

 

       第三個，熱安全，簡單說一點就是熱擴散的測試。我們認為，在目前的技術條件下，單體電池的熱失控是不可避免的，至少目前的技術體系下還是存在的，我們接受這種存在，但是我們要求，當發(fā)生這個的時候一定要有一個監(jiān)控，就是熱失控監(jiān)控的信號，當這個信號發(fā)生以后，我們當然希望這個電池不會失控、也不會整體的擴散，但是如果一旦擴散，在擴散之前我們希望給人員足夠的逃生時間，這個也寫進了GB的標準。

 

       今天上午歐陽老師也提到，我們在參加全球法規(guī)的制定，這個也寫進了全球的技術法規(guī)，現(xiàn)在正在制定。

 

       第三步簡單的提一下，在測試評價方法的研究上，我們怎么樣把它標準化的過程，首先，這是中國相關電池的標準，我畫紅框里面最下面的GB的標準現(xiàn)在已經報批，而且經過了WTO的過程，應該很快就會發(fā)布實施。這是我們最近中國的標準路線圖，我們近期會重點關注熱管理系統(tǒng)等等標準起草的工作。

 

       除了國際標準以外，國內法規(guī)，現(xiàn)在第一階段結束，現(xiàn)在是第二階段的狀態(tài)，第二階段有五個議題，五個議題里面熱擴散、振動、海水浸泡、毒氣分析、整車的高壓安全，我本人也是第二階段技術組的組長，在做相關的工作，也感謝我們國內的專家，包括清華，包括CATL、力神、萬向等等一些企業(yè)都在深度的參與到我們的工作當中，也希望更多的人能夠參與進來，我們下次會議12月份在德國的柏林，歡迎國內的專家都可以到現(xiàn)場去參與國際法規(guī)的討論。

 

       我的報告就是這些。謝謝大家!