中汽中心王芳：新能源汽车动力电池技术与测试评价

中国汽车技术研究中心有限公司动力电池首席专家王芳在“2018第一届新能源汽车及动力电池(CIBF深圳)国际交流会”的“新能源汽车专场——识·新政策下车电携手的变革之路”主题论坛上发表演讲。



图为中国汽车技术研究中心有限公司动力电池首席专家王芳发表主题演讲

5月22-23日，“2018第一届新能源汽车及动力电池(CIBF深圳)国际交流会”在深圳会展中心举行。中国汽车技术研究中心有限公司动力电池首席专家王芳在“新能源汽车专场——识·新政策下车电携手的变革之路”主题论坛上发表演讲。以下是演讲内容。

中国汽车技术研究中心动力电池首席专家王芳：

今天我将从动力电池技术和测试评价两个方面与大家进行分享。

首先我们看下产业技术方面。

2017年新能源汽车的产销量分别达到了79.4和77.7万辆的规模，与之匹配的电池装机量达到了367亿瓦时。预计到2020年，电池的需求量将达到1000亿瓦时左右。其中80%的车企会找20%的电池厂配套，剩下的80%电池厂去追寻剩下20%的车厂。

到目前为止磷酸铁锂装车的能量密度基本上在145Wh/Kg，三元在185Wh/kg。2017年纯电动乘用车的数据里，224款车型，三元装车数是199款，占了88.8%，能量密度在120-150 Wh/kg之间的车型占到27%。2017年整体的装车量，磷酸铁锂占到50%，三元占到43%。大家可以理解，他们的分配基本上三元是乘用车，磷酸铁锂是商用车的分配比例。

2018年我把装车实际报的数据进行了分析，并且将它与2017年的数据进行比较，2018年和2017年的动力电池的能量密度又有了明显的提升，能量密度从107.6Wh/Kg上升到118.8Wh/Kg，提升幅度达到10.37%。

从整车实际应用来说，整车的性能包括加速的性能、动力性、经济性以及寿命。其中最重要的是安全，与之对应的，电池需要满足的性能会有这样几个大的方面：包括电池的能量密度、电池的寿命，还有电池的安全性。

现在国家提出300Wh/Kg的概念，大家可能更多聚焦于参数，会觉得安全性、寿命方面提得过少。国家新能源重点专项布局的时候，提出了300Wh/Kg的概念，是产品级的水平，要求产品在满足300Wh/Kg的关键指标同时，要满足整车的使用要求，达到电池的安全性和寿命的基本要求。

我们对各家测试数据进行了分析，包括参加国家项目研发的、现在只是处于研发样品阶段，已经有超过300Wh/Kg的样品。当然这只是一个单一指标，综合指标测试还没有开始。我们认为最能实现这个目标的是622或是811体系，这也是各家企业在研发领域关注的焦点。

第二，我想跟大家说一下刚才提到的，我从测试的角度，看一看现行的状态下电池的水平又到了什么样的阶段。

我列了一些电池方面的标准，重点提几个方面：

首先拿能量密度说话，在提能量密度的数据统计的时候，我也想分享一些从中发现的问题。

2015-2018年，我们把实验室测试能量密度的数据进行了统计。能量密度从2015年的90.5Wh/Kg上升到2018年137.5Wh/Kg，2018年3-5月份装车能量密度是118Wh/Kg，这实际上也是2017年下半年装车能量的平均密度值。

2016-2018年，电池的成组率陆续提高，从0.63上升到0.74，这是统计的数值，包括磷酸铁锂、三元的。我们再看一下2017年统计145款有单体和系统对比的数据，我们看到单体的能量密度平均值是173Wh/Kg，系统层级是116173Wh/Kg，这也是0.67成组率的由来。再把里面的体系进行细分可以看到，磷酸铁锂单体的平均值是144Wh/Kg，到了系统层级是117 Wh/Kg，成组率可以高达81.5%，这是平均值。

我们也有注意到，磷酸铁锂最高的成组率可以达到85%，这是现在的状态。三元单体是183Wh/Kg，到系统层级是115Wh/Kg，成组率是0.64。这个也不难理解，一方面三元的安全性、热失控的点比磷酸铁锂早得多，这种情况下，三元安全性集成技术的重视，在系统集成方面所附加的东西增多，当然会降低三元的成组率。磷酸铁锂用在大巴车上也是提高成组率的原因，主要是因为标准箱的设计相对来说，大家会对集成要求比乘用车的要求低一些。

大家都在看方型、圆柱之争，到底圆柱能不能长久。我对我们实验室的数据进行了统计，目前测试的样本量和三个数据基本差不多。从单体到系统，圆柱的成组率并不占特别大的优势，软包会稍微略占一点优势。系统的冷却方式分类，我们想要找到电池哪一种冷却方式会对系统能量密度有影响。我们统计了90多款电池包，只有三款风冷，其他都是自然冷却，和2016年初是完全不一样的，2016年初选择液冷的乘用车越来越多，2017年受到补贴和其他因素的影响，选择液冷、风冷的越来越少，更多倾向于自然冷却。

从我们测试的样品来说，电池的技术进步是非常明显的，包括集成的技术进步，还是不可避免在某些阶段可能会受到一些外在政策的影响，会使大家调整电池的技术路线，甚至有可能会影响正确路线的选择，希望大家在后补贴时代，在市场为导向的前提下，选择优质的产品。

安全测试方面，相对通过率比较低一些。我们提交了一个修改单，变成了很简单的随机振动，机械安全性、通过率明显提高。

第三，综合测试评价研究方面，要抓住能量密度这个点，再从研发测试的角度应该关心电池的评价。

这是什么样的概念?应该从电池可用、可控和安全边界出去，了解综合、贯穿全生命周期的评价。可用的评价，在正常情况下，无论风霜雨雪，各种工况下都可以使用的评价。一旦发生安全问题，能让它在可控的情况下，对它进行评价。一旦发生失控以后，要要求他能满足什么样的状态，人员又应该怎么做。

从研发的角度只是想和大家提一下安全性。安全性大家知道也关心得非常多了，发生安全事故，最初都是热失控，现在在做的评价是从材料、电池、BMS、系统，实现多层级的热特性和热安全、热失控的对应，材料的热稳定性到电池全生命周期内的热安全性，再到BMS的热管理，最终到系统热稳定性，控制热失控能力的评价。不同充放电电流下，产热的速度和产热的功率和产热量是什么样的，这是我们必备的，了解每个电池发生热失控的点，电池发生热失控的趋势和可能性、温度的范围在哪里，我们要知道传播到另外一个电池的传播路径以及传播速度、传热量是什么样的。这是我们设计热管理可用评价最基础的手段。

如果有一个电池发生热失控，这种情况永远是存在的，可能性是永远有的，只是几率的大小，如果发生这种情况，我们需要知道，发生这种情况的时候，我们应该表现出来什么，我们最关心的是人员安全，不要求最终车不起火、不爆炸，要求车发生起火、爆炸这种极端情况之前，车上的人员能安全逃生。

中国起草的热扩散评价，全国都投入专项资金进行评价方法的建立，未来三年里还会不断改进这样的方法。我们也写在了GB标准，希望大家更多的关注，和我们进一步研究使它合理化，成为全球的法规提案。我提到的全球法规，今年3月份在北京召开了第14次会议，强调了第二阶段的工作重点是电池，一是热扩散的研究，二是振动，三是海水浸泡，四是毒气分析。这几个话题提出国都是中国，其他的各国都会一起进入这方面的研究，热扩散已经推到国际上，大家可以对标测试。

之前工信部专门开了宣贯会，第一阶段的法规已经完成，到目前为止唯一由我们主导的全球法规，第二阶段我们还会主导，主导的程度会更深，希望同行专家和我们一起参与，今年9月份会在瑞典开会。

国内GB标准，未来不久的将来会进行审查，大家可以对这个进行深切的关注，审查以后就会报批到WTO在国际上征求引见，这是GB的标注，会成为强制安全标准。二是电视系统的起草方案，这里没有写我还想再强调一下，电动汽车管理系统的功能安全标准，现在也正在制定中，对于管理系统的功能安全要求现在也是大家越来越关注的，实现功能安全的等级的关注，从对电池的管理角度重要性凸显得越来越明显。

在回收方面，我们中心也在牵头做回收溯源工作，我们希望材料、电池、车再到材料能形成闭环的发展。我就分享这么多，感谢大家。