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王芳:电动汽车关键部件集成化加强 通力合作保证安全性提高

来源:动力电池网 时间:2018-01-18

2018117-18日,由中国汽车技术研究中心(以下简称“中汽中心”)、柳州市柳东新区管理委员会、柳州市发改委、中汽中心汽车技术情报研究所承办的“2018国际新能源汽车用户评价与应用创新研讨会”将在广西柳州市召开,本次大会得到了上汽通用五菱的大力支持。

118日早上8:30,会议正式开始。本次会议以“关注用户评价,聚焦业态创新”为主题,邀请了业内知名专家、整车企业、电池企业、设备企业、材料企业、运营商、三电供应商等在内的涵盖整个新能源车产业链的600余名行业精英参会,探讨新能源车推广应用模式创新,切实完善产品用户评价体系。

今天是研讨会的第二天,2017年市场上畅销新能源车型企业作为用户,诉说他们对关键零部件的要求和评价。供应商将了解各自企业的用户心声,更好的进行自己的产品改进、技术布局。

会议由中国汽车技术研究中心首席专家/汽车试验研究所新能源实验室主任王芳主持,上汽集团乘用车技术中心副主任、捷能公司总经理朱军、广汽新能源汽车有限公司技术中心副主任王浩勇、奇瑞新能源汽车技术有限公司副总经理倪绍勇、上海知豆电动车技术有限公司总经理袁学明、浙江合众新能源汽车有限公司董事长方运舟、中国汽车技术研究中心首席专家/汽车试验研究所新能源实验室主任王芳等国内畅销车型高层精英和行业大咖发表精彩的演讲报告。


以下是中国汽车技术研究中心首席专家王芳发言实录:

报告有几部分,一是简单的引言,关于新能源汽车产品的专项检测及相关的标准,目前有这样一些,包括整车类的,包括的电安全,包括能耗,包括碰撞,今天上午上半场的报告提到整车电安全的重要性,关于电池兼容,关于碰撞的重要性,关于零部件,电池的标准、燃料电池相关的标准和电机充电,以及其他的相关部件。

今天的重点是关键部件的评价,第一是充电的系统,包括充电桩到车载充电机,第二大板块是充电连接的电池和电池的管理系统的单元,第三个板块是电机电控包含了DCDC的转换器等一系列的零部件放在这样的板块。

第一方面的介绍,关于电池产品评价,会集合法规的测试内容,再谈谈对产品开发的评价感受。现有的电池国家的标准体系是这样的状态,我不详细讲了,包含电线的安全性、电性能、安全性、互换性、回收利用、附件,这些是比较重要以及大家非常关注的标准,再看一下,其中电性能寿命、安全的标准是现行的电动汽车产品公告的时候必须要测试的几个标准,也是我后面每个标准会列一些例子给大家说一下现在的现状。值得关注的是红色的框框部分,依据3148的电池强标正在制定当中,马上会征求意见,强标出台以后,前面的485会自动废除,采用常标作为产品管理的强制要求。首先看一下468对电性能的要求,这是去年10月份的数据,100200范围内的产品,这是201710月份之前的数,100200的产品占了85%的份额,其中150200的产品是42%,是这样的状态,而昨天方博士的PPT提到12月份的产品里,140Wh指的是系统,140瓦已经占了70%,为了响应新的补贴政策及早行动的结果,意味着10月份到12月份产品有了大的变化,测试的时候也看到产品的测试基本上在200多,开发级的产品,还没有到商品级的样品,最高的测试是315

31485是单体的评价,其实单体对于安全性的认识更多的是集中在相对安全的概念,电池的单体要基本满足初步的安全要求,能够尽量的降低风险,这个图希望大家记住,因为我后面会讲。20172016年相比,电池系统的能量密度有了大幅提升,存储率也有明显的提高,2017年的补贴政策出台之后,自然冷却占比增加了。电池的系统安全性要求分为三大类,机器、环境和电,这是20175月份之前的口径,机器安全相对比较低,最大的问题是震动和,我把问题做了汇总,问题包括了安装固定支架的断裂、壳体之间的疲劳松动、高压限速的断裂,以及管理系统元器件的破坏等等带来了这样的问题,去年提出了电池的修改,对振动和挤压提出了新的要求,从原来的63个小时变成了一个方向3个小时的振动,要求非常低,改了以后机械安全的通过率非常高。实际上那个振动是不符合实际的要求,认为电动汽车在路上跑是随机的,在2017年成立的振动专项研究特别小组,有国内外几十家整车企业,大家贡献了20多辆车,依据不同的路面,参照实验厂的试验规程,考量电池的实际振动情况,最终通过解析,得出一个新的21小时和12小时强化振动的结果,最终写在了新的标准里,作为未来标准振动的测试规程,马上会征求意见,大家有什么看法可以给提新的建议。电动客人安全技术条件里,它的出是因为年初的时候三元里店客车事件,先出台电动客车的安全条件,依据安全条件测试通过的电池就可以上路,大家比较关注的是电池相关的测试,一个是热失控,更多的是关于电池加热300度,要求电池不起火不爆炸,相对来说是比较严苛的测试,因为测试的对象可能是单元也可能是模块,测试之后对三元电池是非常困难的,这也是导致三元电池在客车上引用的步伐比较缓慢的重要原因。

热扩散的测试,这是用加热的方法,又使其中一个电池发生热扩散,能够抗热扩散的能力,从客车安全条件实施以后,也做了几万个试验,在这个过程中,发现有很多的测试,有的方面有值得商榷和改进,比如对样品的改造带来实验结果的差异性,还包括热失控控制的精准度,在这个基础上,在后面做了大量的实验,给大家做个简单的介绍。根据对电池评价体系来的,电池的评价包含了对一致性、温度倍率特性、能量密度、安全新和老化特性的评价,我就刚才提到的热扩散和热失控,这是大家都非常关注的点,因为要写进国标的起端,现在展开说说,因为时间的关系,其他的东西没办法讲了。

现在研究有三大方面,在测试过程中,电池的功率随着使用条件和时间,有一个边界值,在文章做了发表,并且在成员企业联盟里给了结果和建议一前面是实际正常使用,而后面是在电池发生热失控的时候,热失控的点以及电池当时内部发生的反映是什么状态,做了细致的研究,也给了大家研究的结果,也希望在这方面给电池的热管理设计带来数据的支撑和技术的支撑。紧接着,对道路电池热管理系统的考评非常重要,根据刚才说到的,对于电池的热特性细致深入的了解之后,你设计一款带有热管理系统的电池应该符合什么要求,对现有的产品热管理系统也做了评价,可以看到,其实温度是非常重要的一个考评指标,现在的产品很多用户自然冷却,如果对于电池的传热通道、散热的特性不那么了解的话,你的风冷设计、风道设计带来的结果是给电池不好的管理。因为看到很多做风冷设计的,在风冷起作用的情况下,电池的一致性差异非常大,反而使得电池更快走向衰减的边缘,使得个性的电池很快的衰减。所以,要想做热管理必须对热特性、热参数有一个细致系统的分析和测试。

再说一下热失控和热扩散,我刚才说了,电池单体的热失控是相对的安全,因为电池是一个载体,安全是相对,不安全是绝对的,这是我的观点,大家做电池也比较认同,电池的单体发生热失控的可能性永远存在,只是存在概率的大小,永远存在的话,希望降低发现的可能性,怎么降低热失控和热扩散的概率,提升电池的安全性。所以,评价里设定了三个重要内容,什么样的电池系统相对在热扩散发生的时候是安全的,用什么办法把热电池搞热失控,什么时候立马停止外部的因素,让电池自己传播。在这方面做了大量的工作,认为什么时候是相对安全,相对安全是人安全的概念,一个电池发生热失控的时候,保障车上的人很快的跑到安全的区域范围内,能够保障人员安全,这就可以了,至于财产等其他方面不是法律考虑的范围。所以,考核了五分钟以内电池不起火不爆炸,的车是安全的,的人是安全的,是可以接受的,这是的基本要求。

考察用什么样的方式触发热失控,国外有很多加热、过充、针刺等方式,今年2017年做了接近5060个样本,对每个样本进行系统的分析,包括电压下降的情况、温度值,最终把过充排除,因为现在的电池设计,很多加热都有保护,在触发热失控的时候直接保护了,过充的时候会引入附加比较多的能量,过充电,外部带来的能量过多,这样的话对试验的结果有所影响,所以就取消了。在这个基础上看到系统的热扩散认证,用两种方法对系统的热扩散进行评价,又进行大量的试验,试验的基本结论也得到了初步的体现。但有些方面还需要进一步的验证,进一步的科学化、合理化,能够让呈现性、可重复性以及对等性更好,所以也希望大家能够多参与进来,因为2018年的3月份会开下一次的会议,第15次会议,作为热扩散的起草牵头国家,希望全行业支持,一起把这个作为国际的法规中方提案。

与热扩散相关的,电池系统的评价也会涉及到安全预警、消防救急。讲一下电机产品的评价,电机产品开发涉及不同阶段有不同的测试,从电机、控制器、动力系统等等,测试的时候有法规的测试,也包括20309,就是耐久性的测试,企业研发性的测试在这个基础上增加他们从实际整车使用来评价电机和电控的要求,看18488的评价,主要涵盖了这几个方面,性能的测试中,更多的是输入输出的特性、高效区的评价,峰值功率的参数。这块上的问题,我罗列了一下,扭矩的输出不稳定,还有保护功能不完善的问题。

关于电池的安全问题,电气安全像绝缘耐压,做的时候出现的问题是绝缘的击穿等状态,也给企业特定的产品,比如给出内部结构以及材料选择上的改进建议。环境的适应性现在,经常出现的失效情况是因为进水,IP等级没有达到涉及的要求,是因为结构设计、接口的情况需要做改变。环境适应性是经常有的外壳和密封性的下降,绝缘的损害导致机械结构的损害,看到比较多的是端子连接处的设计,更多的是需要改进的地方。EMC的测试,发现在2017年的时候,大家对于整车,对于EMC的测试越来越受关注,我发现有3米带窄,包括燃料电池。发现企业开放的过程中,对于这方面的评价有越来越多的关注,而电控的零部件最多的是影响EMC的结果是电控。

最后提一下可靠性,标准没有强制实施,现在时间比较长,400个小时和2个小时的输出,虽然没有强制,测试的需求还是有的,不在少数,每周的对象相对比较集中合资企业,的要求比较多,必须严格要求他的流程做评价。做测试的时候会结合28046的标准,28046一关于汽车部件的机械、环境,以及化学四要求,会五阶段测试,结合的方式采集电机系统的电压、电电流、扭矩转速,再进行评价试验。在振动方面也是一饮,其实我刚才给大家介绍了电池赠送政策,实际上一开始赠送是因为电机,最早开始是对于电机的评价,也做了几十辆车的评价,把电机的振动进行了解析和实际的实验室转化。关于电机的概念,现在越来越多的测试需求在电机,因为电机的特点,一个是小型化和集成化,要求越来越多,企业的开发对于动力总成的匹配,动力总成的功能安全的评价越来越受到重视,前几天刚刚跟企业签订了合作协议,未来的两年要开展这方面的评价工作。

关于动力总成大家的关注点在功能安全的评价和性能的测试,比如NVHEMC,关注的是整个总成集的输出功率,输出的特性能否满足整车的需求充电系统的测试包含两个方面,交流和直流的测试涉及到车载充电器,其实充电时候涉及到安全非常多,包括对充电系统的安全要求、电力系统的安全要求,充电交互的安全要求,以及充电过程中的安全要求。充电相关的标准,包括18487.1,还有通电协议的评价。这几个也是在18487的基础上用一系列的技术规程,这些规程陆续出台了,是操作的具体规范。

具体的测试包含了充电连接装置的评价,也包含了充电接口和充电桩的单独测试,以及车装匹配的测试,我就分为几个方面,18487的评价,测试过程中发现问题的点是温度的温升,温度的检测也值得大家更多的关注,充电的时序和对于充电时序的处理流程。对于接口的设定,不合格的产品会引起兼容性差,充电口过热导致充电接口插座发生烧石的情况,这是有传导性,这是非常致命性的问题。所以,这是在产品的策略之中最不希望看到的问题。测试过程中发现的损坏有这样的情况,高压变形、防水等级不符。

最后提一下27930的标准,这是测试的部分案例,在这个过程中出现的问题,包括充电时序的问题,包括没有发送正确的报文等情况。充电桩的测试,这是活动性的测试,从2015年开始一直到20162017年,做了几次集中评价,包括中日、中德的交流,发现插头插座的配合,有详细的报告。

最后给一个简单的结论,电动汽车关键部件的集成化越来越明显,电池、电机之间的匹配,整车控制器和电池管理系统的互补和融合,这是关心的方向。电池的性能、安全涉及到从单体到系统各个层面,单体有基本的要求,整车辅助安全集成的考虑,通力合作才能保障产品的安全性才能提高,互联互通的充电安全是发展过程中的问题,大功率充电和无线充电的评价是未来一段时间里的热点,电池的回收对可持续利用也是值得关注的重点,对于这方面的评价工作也在进行中,谢谢。

  (本发文为现场速记,未经发言人审核。)

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