新能源汽車補(bǔ)貼政策從2016年開始退坡，同時(shí)提出動(dòng)力鋰離子電池高能量密度路線。近期接二連三的電動(dòng)汽車自燃事件，引發(fā)了大眾有關(guān)電動(dòng)汽車安全的進(jìn)一步關(guān)注。七月五日，由蓋世汽車主辦的2019新能源動(dòng)力鋰離子電池安全技術(shù)論壇在上海舉辦，蜂巢能源科技有限公司pack開發(fā)中心總監(jiān)張放南就動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)進(jìn)行了主題演講，內(nèi)容如下：

張放南：我給大家分享的主題是《蜂巢能源動(dòng)力鋰離子電池系統(tǒng)安全的構(gòu)想》。

總共分為5部分的內(nèi)容，第一項(xiàng)是安全問題的簡介，王總也講了，今朝的消費(fèi)者從“里程焦慮”逐漸轉(zhuǎn)到“安全焦慮”，我們也把安全事故做了一個(gè)初步劃分，業(yè)內(nèi)對(duì)安全的劃分有很多種，分法不太相同，整體是差不多的，包括失效的原由也做了一個(gè)初步分解，包括起火爆炸、高壓觸電、化學(xué)安全。失效原由也做了三個(gè)劃分，一個(gè)是控制策略的原由，一個(gè)是外部短路的原由，還有內(nèi)部的原由。控制策略失效包括過充、過放、過溫，以及絕緣失效，外部短路原由包括過放或者線路老化引起的外部短路的機(jī)械的損傷，內(nèi)部短路緊要是在制造過程中的缺陷以及后期使用過程中的絕緣膜的溶穿。

針對(duì)系統(tǒng)安全我們做了一個(gè)初步的劃分，從電池的整個(gè)生命歷程分了三個(gè)階段。第一階段是電池加工和設(shè)計(jì)過程中留意安全，然后是電池使用中的安全，以及梯次回收安全，做了三個(gè)大的范疇劃分。

針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中也分了四個(gè)層級(jí)。第一級(jí)緊要是針對(duì)原材料，電芯，整車，整個(gè)系統(tǒng)過程中實(shí)現(xiàn)多重的主被動(dòng)設(shè)計(jì)，通過控制策略的優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)安全的控制，就是依托自動(dòng)化的加工防錯(cuò)，以先進(jìn)的制造工藝來保證產(chǎn)品的一致性，實(shí)現(xiàn)零缺陷的制造過程。

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第二級(jí)是早期預(yù)警及干預(yù)，通過高精度的傳感器結(jié)合的控制策略，通過遠(yuǎn)程的云端分解，前端的bMS相結(jié)合，能夠在事故發(fā)生的早期提前識(shí)別這種異常數(shù)據(jù)來提前預(yù)警。

第三級(jí)是安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生之前，基本上事故馬上發(fā)生，通過傳感器及bMS提醒駕駛員停車保證人身安全。

第四級(jí)是事故發(fā)生之后，通過被動(dòng)安全及滅火措施來控制和延緩熱失控蔓延的時(shí)間。

針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)安全的設(shè)計(jì)，從材料、系統(tǒng)、整車、電芯和整車，其實(shí)涉及的過程中我們認(rèn)為最關(guān)注的應(yīng)當(dāng)是需求，目前的系統(tǒng)開發(fā)的需求，基本上來源于整車廠的SOR，可能需求并不一定完善全面，整個(gè)層級(jí)的分析過程可能也不是很專業(yè)。第二整車分析到系統(tǒng)，從系統(tǒng)分析到電芯，然后分析到材料，分析的這種需求的完整程度要進(jìn)一步的增強(qiáng)，我們認(rèn)為，將來的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)首先關(guān)注的是完善需求的提出，完善需求分析的過程。

今朝所有的安全探測項(xiàng)目國標(biāo)基本上已經(jīng)比較全面，但是國標(biāo)畢竟是一個(gè)基礎(chǔ)、入門級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，真切的路況，還有比較嚴(yán)苛的路況，可能在標(biāo)準(zhǔn)里面沒有體現(xiàn)，這樣就要系統(tǒng)開發(fā)過程中識(shí)別除了標(biāo)準(zhǔn)以外的需求和探測項(xiàng)目，比如說蜂巢一共識(shí)別了104項(xiàng)探測標(biāo)準(zhǔn)，包括安全性、可靠性和性能耐久等項(xiàng)目。比如說國標(biāo)上今朝要求的一些溫度沖擊、振動(dòng)等等，都是單個(gè)的產(chǎn)品在做相關(guān)的探測。單個(gè)產(chǎn)品做完了之后，可以用同一個(gè)產(chǎn)品再做其它驗(yàn)證項(xiàng)目，比如說做完溫度沖擊，再做振動(dòng)，再做浸水試驗(yàn)，以驗(yàn)證在實(shí)際使用過程中的老化引起的密封失效，后邊也會(huì)有具體的解析。

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針對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念，電池組都是在底盤下面，電池組有很大的用途，是承接了來源于整車側(cè)面的傳力或者是增強(qiáng)整車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的用途。這樣的話，要在電池組設(shè)計(jì)的過程中，模組之間或者是在電池組內(nèi)部新增橫梁來提升整車的側(cè)撞。當(dāng)然新增電池組和車邊緣的空間尺寸同樣有利于碰撞安全。

這個(gè)是我們識(shí)別的除去國標(biāo)以外的一些特殊的探測項(xiàng)目，比如說整車在洗車的時(shí)候，高壓水槍的沖洗對(duì)電池組的密封會(huì)有一定的影響，整車在高速通過積水路面或者是冬天通過冰水路面的話，對(duì)電池組密封的要求不相同。包括長時(shí)間的浸水，國標(biāo)是有一個(gè)短時(shí)間的浸水要求。這樣的話對(duì)密封設(shè)計(jì)的要求是會(huì)比較嚴(yán)苛的，探測項(xiàng)目探測辦法也會(huì)分明的不相同。

比如整車發(fā)生碰撞之后做這種翻轉(zhuǎn)探測，做模擬整車碰撞試驗(yàn)之后，新增一些特定的試驗(yàn)辦法，來滿足實(shí)際使用過程中的差異。

這個(gè)是我們識(shí)別的整車級(jí)別的一些特殊的狀況，比如說行車過程中掉落，或者是整車通過障礙物時(shí)的一些探測，包括過溝，模擬側(cè)滑撞擊路邊，各種顛簸路的探測，包括掃描路況等等，其確實(shí)整車需求里，對(duì)電池組的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開發(fā)的要求并不是很明確，要電池廠或者是系統(tǒng)開發(fā)單位，能夠?qū)φ嚨男枨笥幸粋€(gè)很深入的了解。

今朝，可能大家關(guān)心的大部分都是在事故發(fā)生之后，由于設(shè)計(jì)的原由，緊要是設(shè)計(jì)缺陷引起的事故大家比較關(guān)注，但是真正耐久、老化之后的壽命業(yè)內(nèi)關(guān)注的程度不是很高，可靠和耐久的設(shè)計(jì)，要進(jìn)行深入的研究。比如說pack級(jí)的壽命探測，針對(duì)結(jié)構(gòu)方面的探測大部分是通過振動(dòng)試驗(yàn)，但是實(shí)際載荷情況并不是很吻合，所以在整包振動(dòng)試驗(yàn)的時(shí)候，要結(jié)合整車的實(shí)際使用工況去采集數(shù)據(jù)做相應(yīng)的仿真及探測，來保證產(chǎn)品的耐久。

同時(shí)緊固件開發(fā)，以及密封性能的優(yōu)劣，都是通過緊固來實(shí)現(xiàn)的，所以選型規(guī)范及相應(yīng)的驗(yàn)證要去研究。電池組內(nèi)的傳感器連接的可靠性，受沖擊的可能性也是要重點(diǎn)去處理的。

針對(duì)電氣安全，內(nèi)部的高壓部件的選型，以及高壓絕緣的耐壓等等都比國標(biāo)要好。比如說今朝保險(xiǎn)和接觸器的選型我們同時(shí)要結(jié)合電芯，尤其是方形電芯本身內(nèi)部的保險(xiǎn)（OSD），以及pack的主保險(xiǎn)和接觸器三者之間的匹配關(guān)系來進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)和試驗(yàn)的設(shè)計(jì)。有關(guān)電器件的可靠性的設(shè)計(jì)要考慮整車某些極端情況下的使用，如玩兒鑰匙等導(dǎo)致電池組反復(fù)的上下電，可能對(duì)繼電器、預(yù)充電阻的壽命會(huì)有一定的影響，同時(shí)結(jié)合上電的控制策略，來優(yōu)化我們選型的相關(guān)要求。

有關(guān)電池組熱管理的安全，尤其是熱失控前期的傳感器的選型，今朝緊要是通過bMS的策略，以及策略的優(yōu)化，再加上壓力，煙霧，或者是氣體測試來共同判斷、識(shí)別在熱失控前期能夠及時(shí)的反饋給乘客，提醒留意安全。

pack級(jí)的設(shè)計(jì)，從電芯到模組到整包，針對(duì)熱失控要采取多重的防護(hù)設(shè)計(jì)，比如說電芯間新增隔熱、絕緣的材料，同時(shí)這種材料有一定的可壓縮性，這種材料目前很難找，也要業(yè)界同仁共同去努力開發(fā)這種新的材料。通過隔熱絕緣材料來戒備或者說延長電芯間的熱失控蔓延時(shí)間，通過模組間新增防撞梁等隔離措施，以及這種絕緣防火的材料，來延長新增模組之間的熱失控蔓延的時(shí)間。同時(shí)在pack的設(shè)計(jì)過程中新增相應(yīng)的排氣通道，讓它定向排氣以戒備對(duì)相關(guān)人員尤其是駕駛員的傷害。

這個(gè)是我們做的一個(gè)的仿真，依據(jù)電芯熱失控之后的熱蔓延，因?yàn)檫@種情況比較猛烈，所以在電芯和模組間新增相應(yīng)隔離設(shè)計(jì)，來延長熱失控的時(shí)間。同時(shí)熱失控之后，對(duì)上蓋的沖擊或者損傷是比較分明的，這樣的損害會(huì)筆直對(duì)駕駛員對(duì)乘客造成人身傷害，所以對(duì)電池組的上蓋設(shè)計(jì)以及上蓋的選材或者是防火材料的設(shè)計(jì)也是要重點(diǎn)研究和分解的。

針對(duì)熱失控之后的滅火，今朝基本上緊要采用的水基和干粉滅火，起到的滅火效果并不是很理想。將來要研究專用的吸熱的包覆材料或者是滅火的傾覆材料可能對(duì)電動(dòng)汽車的滅火會(huì)有一定的幫助，當(dāng)然我們也希望能夠和消防單位消防機(jī)構(gòu)一起去探討將來電動(dòng)汽車滅火的一些方式和辦法。

針對(duì)bMS的安全，整個(gè)電池組系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)正常工作，除了電芯的安全加工、結(jié)構(gòu)、熱管理以外，最緊要的就是控制策略。我們也有一些研究，比如說bMS最緊要的功能，是監(jiān)控和控制讓電池組能夠在合理的區(qū)間之內(nèi)工作，超出正常區(qū)間之后bMS具有相應(yīng)的報(bào)警和診斷，通過前面講述的一些措施來實(shí)現(xiàn)預(yù)警。

下面是有關(guān)bMS開發(fā)過程的一些要求，剛才有提到，針對(duì)電池組設(shè)計(jì)的時(shí)候，要對(duì)整車的橫向加固以及增強(qiáng)，同時(shí)你要留有一定的碰撞空間，我們對(duì)電芯和模組以及pack將來的發(fā)展趨勢(shì)也做了一個(gè)初步的構(gòu)想。通過整車碰撞分解，整車可分為三個(gè)區(qū)域，一個(gè)是碰撞危險(xiǎn)區(qū)域。第二層是高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。第三層是控制電池組最安全的區(qū)域。要保證安全，電池組應(yīng)安裝在第三層，這樣的話，電池組的尺寸或者是模組電芯的尺寸會(huì)受到相應(yīng)的限制，比如說今朝的整包寬度尺寸可能是1米3左右，隨著電芯，pack的能量密度要求不斷提升，這個(gè)尺寸可能會(huì)縮小，倘若說將來達(dá)到700mm到800mm的電芯的尺寸，將來可能會(huì)要設(shè)計(jì)長的模組或者是長的電芯。

針對(duì)長電芯，目前業(yè)內(nèi)普遍做的是EV的尺寸長度148，MEb的尺寸的是220，倘若將來做到800到1米的長度的話電芯的長度可能在400到500，或者是700到800的長度，倘若這么長的電芯用傳統(tǒng)的卷繞工藝無法實(shí)現(xiàn)，要采用全新的疊片工藝，因?yàn)殡娦咀鲩L之后，卷繞可能在工藝實(shí)現(xiàn)上，設(shè)備