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王芳:动力电池标准与测试评价技术的研究

王芳:动力电池标准与测试评价技术的研究

2017-11-17 作者:木铭 来源:新能源汽车网
  2017年11月17日,“2017’第二届动力电池应用国际峰会暨第三届中国电池行业智能制造研讨会”继续在北京精彩召开。本届峰会由中国化学与物理电源行业协会等主办,天津力神电池股份有限公司联合主办;中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会承办,无锡先导智能装备股份有限公司联合承办。参加此次峰会人数超600人。

  在动力电池技术创新分论坛上,中国汽车技术研究中心动力电池首席专家王芳作主题演讲,就动力电池标准与测试评价技术的最新研究进展同与会人员进行了详尽的交流探讨。

  以下为王芳演讲内容:

  我报告的内容是动力电池标准与测试评价技术的研究,首先简单提一下动力电池现有的一些标准。我们现有的标准体系,我在很多场所都讲过,应该大家都知道了。不过多的陈述,只提到一点,现在的GB电池的强制标准正在执行当中,11月27号、28号会在杭州开电池标准工作组的讨论会。我们看一下这个标准里面一些比较重要的标准,一个就是电池单体单体模块的标准和电池系统安全的标准,这是现在强制执行的这几个标准,也是大家关注度比较高的。另外就是电动客车的安全条件,我就把这几个标准的内容跟大家汇报一下我们测试的情况。

  对于电池单体来说,刚才王主任详细介绍了,现在电池产品技术水平,比如磷酸铁锂系统达到130瓦时每公斤,我们统计了一下,现在100到200瓦时每公斤以内的电池其实可以占到整个占比的85%。安全这一块,单体模块的安全测试,从电、机械和环境这三个方面做一些常规性的测试,相对来说,里面现在问题比较多的是过充,对于现在高比能的三元电池来说会有一定的难度。

  到电池系统性能的测试,有一个跟补贴挂钩的就是电池能量密度的测试,我们对今年上半年到下半年的电池产品的能量密度进行分析,可以看到这几个月的时间内,能量密度提升了大概十瓦时每公斤以上,成组率增加了5%以上。这几个月里面,大家看这个电池系统成组的方式也有很明显的变化。补贴的能量密度要求对大家成组技术的一些选择的影响。我希望企业在追求能量补贴的同时,也要尽可能多考虑首先把电池品质提升能够放在第一位。

  机械振动和挤压这两项比较难通过,我们在这个基础上,7月份提出了修改单,振动变成了一个三个小时的振动,原来是21小时三个方向的随机振动,修改单以后,这个机械安全通过率明显提升。电动客车的安全条件里面,跟电池相关的主要是热失控,这个实验相对来说是非常严苛的,对于高比能的三元电池来说,通过是非常难的。另外一个实验就是热扩散,它用三种过充或者加热的方式,把电池里面的一个单体搞成热失控以后,看整个系统的热扩展情况。这个实验进行了很多,我第二部分测试评价主要是讲两个方面,一个就是热扩散我们现在的研究,另外就是刚才提到的振动。因为我们认为现在的修改单所建议的振动是不符合实际使用的。

  我们看一下整个测试评价的体系,其实电池的测试评价关注的内容会包含这样几个方面,包括一致性、倍率、能量和寿命的衰减,其中还有一点比较重要的就是安全。现在大家非常关注,安全的本质就是热特质的稳定性。首先我提一下振动的研究,为什么要做振动?原来的31467.3这个标准比较严苛一些,通过率相对较低。另外我们在修改单以后,它是一个振斜的振动,对于不少电池的在不平衡的不规则的振动下,它所产生的这样一个扫平的振动。我们认为在路上行驶过程当中,对于车上的部件来说,它应该是因为坏路的颠簸而导致随机振动。在这种基础上我们开展了我们实际路谱的振动研究,研究的基础条件是用同样的路面条件,同样的采集点,同样的分析方法,而且考虑到国内外的车型分布来做。具体的方法就是通过采集数据,分析数据和让数据正规化,这是我们做的22辆车里面的部分车型,涵盖了乘用车、商用车这样一些车型。

  第一步是获取数据的一个过程,选用的是通县的实验场,2000年的测试规则,选择了九个路面,包括沙石路、鹅卵石路等等这样一些路面。在做完这个实验以后,我们做了典型的特征路面,这是采集传感器的安装,安装是非常重要的,我们要考虑到电池包跟车身连接的那个点去做,一般是四个安装点,在特殊情况下会增加。实验我们会做三次,每个实验都循环做三次。做完以后,第二步就是数据分析,数据分析只是一些加强的路面,我们会去把它采集,另外数据要选三次实验的平均值。频率是在5到200赫兹之内,选择它最大的PSG值,也就是功率谱密度的值。第三步,对数据进行正规化,要考虑到电池每个电池包它的强化系数,强化系数的选择需要依据的是ISO19453的标准去进行。这是我们做的20多辆车的数据,在数据分析以后,我们还要进一步对数据进行解析,要考虑到不同车型的差异,也要考虑到顶置电池包它的差异。同时也要考虑到像刚才说的搓板路振动的信号,它对车部件的不同要求。同时要考虑强化测试,不会压缩变形的情况下把它变成12个小时的振动,减少测试的时间,最后还要进行异常数据的剔除,最终得到现有的21小时的测试条件和12小时的强化测试条件。目前我们按照这个实验方法,对电池包进行振动的测试,按照这样六个顺序来进行实验。

  第二个,快速的过一下热扩散的研究,热扩散研究是因为电动客车的安全性一直在做,在做这个实验过程中,我们发现有几个问题,这三个方法的对等性如何,第二个,每个方法的重现性如何,第三个,每个方法对电池引入的外加能量对实验结果的影响如何,第四个,热失控的控制点的精确度如何,这些是需要我们进一步研究的内容。在这个基础上,我们又开始了新的研究。对这三个方法进一步细化的分析,这是我们制定的方法,这个在6月份的时候都给大家发过。包括温度的采集以及其他的一些参数,这是我们要求在测试过程中采集的这些参数。包括温度传感器安装的位置和安装的数量都进行了一些详细的建议,选择的对象,我们在这个基础上,实验室也开展了一些研究。选择的依据就是根据现有的产品分布,选择了不同能量密度区间不同体系的电池做了这些实验。

  我们可以看到刚才那个实验有些绿色的,没有触发热失控的,我们对于触发热失控的进行了一个分析,对引入能量的分析,大家可以看到对于加热来说,磷酸铁锂引入的能量明显高于过充的。而对于三元来说,过充引入的能量它会大于加热的。我们再细化分析一下,可以看到对于相同范围内能量密度的电池,无论是什么体系的,它基本引入的附加能量基本是一致的。这个附加的能量是我们要考虑这个实验本身,因为实验而对这个产品的结果造成的影响,希望把这个外加影响降到越低越好。过充有很多情况下不能触发热失控,因为有很多电池有一些防热失控的设计。针刺的特征,它基本能够触发热失控,有部分的类型不能触发。加热基本能够触发,有一部分到了300度还没有热失控,我们认为它是相对安全的。我们对加热的结果进行分析,找到热失控具体的控制点,包括三元的,磷酸铁锂的,对它热失控的时候,它的电压、温升速率进行详细的分析,它的温度到了多少,它的电压下降到底到百分之多少,这个便于我们能够更精准的定义热失控的那个点参数的设计。进行温度采集,其他参数的采集,我们这方面做了几个样品的测试,现在还在进行当中。这是其中的一个样品,大家可以看到做了两次实验,它的一些重现性相对还是比较好的。在这个过程中,可以看到如果对这个电池的加热功率选的比较合适的话,一个电池触发热失控,它周边的电池相对来说不受到影响,实验结果的重现性相对的就非常好。

  我没有下结论,是因为电池测试第二阶段的工作刚刚开始,未来还有三年。另外电池的JB强标里面到底怎么写,我们还在讨论,还在商讨,在28号那天会上会有一些初步的建议会出来,所以大家也可以关注。我的报告就到这里,谢谢大家。

  (根据发言整理,未经本人审阅)

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