新能源汽車(chē)補(bǔ)貼政策從2016年開(kāi)始退坡，同時(shí)提出動(dòng)力鋰電池高能量密度路線。近期接二連三的電動(dòng)汽車(chē)自燃事件，引發(fā)了大眾關(guān)于電動(dòng)汽車(chē)安全的進(jìn)一步關(guān)注。七月五日，由蓋世汽車(chē)主辦的2019新能源動(dòng)力鋰電池安全技術(shù)論壇在上海舉辦，蜂巢能源科技有限公司pack開(kāi)發(fā)中心總監(jiān)張放南就動(dòng)力鋰電池系統(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(wèn)題的簡(jiǎn)介，王總也講了，現(xiàn)在的消費(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，包括失效的原因也做了一個(gè)初步分析，包括起火爆炸、高壓觸電、化學(xué)安全。失效原因也做了三個(gè)劃分，一個(gè)是控制策略的原因，一個(gè)是外部短路的原因，還有內(nèi)部的原因。控制策略失效包括過(guò)充、過(guò)放、過(guò)溫，以及絕緣失效，外部短路原因包括過(guò)放或者線路老化引起的外部短路的機(jī)械的損傷，內(nèi)部短路重要是在制造過(guò)程中的缺陷以及后期使用過(guò)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。第一階段是電池生產(chǎn)和設(shè)計(jì)過(guò)程中注意安全，然后是電池應(yīng)用中的安全，以及梯次回收安全，做了三個(gè)大的領(lǐng)域劃分。

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

第二級(jí)是早期預(yù)警及干預(yù)，通過(guò)高精度的傳感器結(jié)合的控制策略，通過(guò)遠(yuǎn)程的云端分析，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(lái)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(guò)傳感器及BMS提醒駕駛員停車(chē)保證人身安全。

第四級(jí)是事故發(fā)生之后，通過(guò)被動(dòng)安全及滅火措施來(lái)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(chē)、電芯和整車(chē)，其實(shí)涉及的過(guò)程中我們認(rèn)為最關(guān)注的應(yīng)該是需求，目前的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的需求，基本上來(lái)源于整車(chē)廠的SOR，可能需求并不一定完善全面，整個(gè)層級(jí)的分解過(guò)程可能也不是很專(zhuān)業(yè)。第二整車(chē)分解到系統(tǒng)，從系統(tǒng)分解到電芯，然后分解到材料，分解的這種需求的完整程度要進(jìn)一步的加強(qiáng)，我們認(rèn)為，未來(lái)的設(shè)計(jì)應(yīng)該首先關(guān)注的是完善需求的提出，完善需求分解的過(guò)程。

現(xiàn)在所有的安全測(cè)試項(xiàng)目國(guó)標(biāo)基本上已經(jīng)比較全面，但是國(guó)標(biāo)畢竟是一個(gè)基礎(chǔ)、入門(mén)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，真實(shí)的路況，還有比較嚴(yán)苛的路況，可能在標(biāo)準(zhǔn)里面沒(méi)有體現(xiàn)，這樣就要系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中識(shí)別除了標(biāo)準(zhǔn)以外的需求和測(cè)試項(xiàng)目，比如說(shuō)蜂巢一共識(shí)別了104項(xiàng)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，包括安全性、可靠性和性能耐久等項(xiàng)目。比如說(shuō)國(guó)標(biāo)上現(xiàn)在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)的測(cè)試。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(shuō)做完溫度沖擊，再做振動(dòng)，再做浸水實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證在實(shí)際使用過(guò)程中的老化引起的密封失效，后邊也會(huì)有詳細(xì)的介紹。

針對(duì)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念，電池包都是在底盤(pán)下面，電池包有很大的用途，是承接了來(lái)源于整車(chē)側(cè)面的傳力或者是加強(qiáng)整車(chē)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的用途。這樣的話，要在電池包設(shè)計(jì)的過(guò)程中，模組之間或者是在電池包內(nèi)部新增橫梁來(lái)提升整車(chē)的側(cè)撞。當(dāng)然新增電池包和車(chē)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(guó)標(biāo)以外的一些特殊的測(cè)試項(xiàng)目，比如說(shuō)整車(chē)在洗車(chē)的時(shí)候，高壓水槍的沖洗對(duì)電池包的密封會(huì)有一定的影響，整車(chē)在高速通過(guò)積水路面或者是冬天通過(guò)冰水路面的話，對(duì)電池包密封的要求不相同。包括長(zhǎng)時(shí)間的浸水，國(guó)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，測(cè)試項(xiàng)目測(cè)試方法也會(huì)明顯的不相同。

比如整車(chē)發(fā)生碰撞之后做這種翻轉(zhuǎn)測(cè)試，做模擬整車(chē)碰撞實(shí)驗(yàn)之后，新增一些特定的實(shí)驗(yàn)方法，來(lái)滿(mǎn)足實(shí)際使用過(guò)程中的差異。

這個(gè)是我們識(shí)別的整車(chē)級(jí)別的一些特殊的狀況，比如說(shuō)行車(chē)過(guò)程中掉落，或者是整車(chē)通過(guò)障礙物時(shí)的一些測(cè)試，包括過(guò)溝，模擬側(cè)滑撞擊路邊，各種顛簸路的測(cè)試，包括掃描路況等等，其實(shí)在整車(chē)需求里，對(duì)電池包的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的要求并不是很明確，要電池廠或者是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)單位，能夠?qū)φ?chē)的需求有一個(gè)很深入的了解。

現(xiàn)在，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)的原因，重要是設(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(shuō)pack級(jí)的壽命測(cè)試，針對(duì)結(jié)構(gòu)方面的測(cè)試大部分是通過(guò)振動(dòng)實(shí)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)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，要結(jié)合整車(chē)的實(shí)際使用工況去采集數(shù)據(jù)做相應(yīng)的仿真及測(cè)試，來(lái)保證產(chǎn)品的耐久。

同時(shí)緊固件開(kāi)發(fā)，以及密封性能的優(yōu)劣，都是通過(guò)緊固來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以選型規(guī)范及相應(yīng)的驗(yàn)證要去研究。電池包內(nèi)的傳感器連接的可靠性，受沖擊的可能性也是要重點(diǎn)去解決的。

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(guó)標(biāo)要好。比如說(shuō)現(xiàn)在保險(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(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和實(shí)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(chē)某些極端情況下的使用，如玩兒鑰匙等導(dǎo)致電池包反復(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(lái)優(yōu)化我們選型的相關(guān)要求。

關(guān)于電池包熱管理的安全，尤其是熱失控前期的傳感器的選型，現(xiàn)在重要是通過(guò)BMS的策略，以及策略的優(yōu)化，再加上壓力，煙霧，或者是氣體檢測(cè)來(lái)共同判斷、識(shí)別在熱失控前期能夠及時(shí)的反饋給乘客，提醒注意安全。

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(shuō)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(kāi)發(fā)這種新的材料。通過(guò)隔熱絕緣材料來(lái)防止或者說(shuō)延長(zhǎng)電芯間的熱失控蔓延時(shí)間，通過(guò)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(lái)延長(zhǎng)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(guò)程中新增相應(yīng)的排氣通道，讓它定向排氣以防止對(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，根據(jù)電芯熱失控之后的熱蔓延，因?yàn)檫@種情況比較激烈，所以在電芯和模組間新增相應(yīng)隔離設(shè)計(jì)，來(lái)延長(zhǎng)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明顯的，這樣的損害會(huì)直接對(duì)駕駛員對(duì)乘客造成人身傷害，所以對(duì)電池包的上蓋設(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)研究和分析的。

針對(duì)熱失控之后的滅火，現(xiàn)在基本上重要采用的水基和干粉滅火，起到的滅火效果并不是很理想。未來(lái)要研究專(zhuān)用的吸熱的包覆材料或者是滅火的覆蓋材料可能對(duì)電動(dòng)汽車(chē)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)一起去探討未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)滅火的一些方式和方法。

針對(duì)BMS的安全，整個(gè)電池包系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)正常工作，除了電芯的安全生產(chǎn)、結(jié)構(gòu)、熱管理以外，最重要的就是控制策略。我們也有一些研究，比如說(shuō)BMS最重要的功能，是監(jiān)控和控制讓電池包能夠在合理的區(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(guò)前面講述的一些措施來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)警。

下面是有關(guān)BMS開(kāi)發(fā)過(guò)程的一些要求，剛才有提到，針對(duì)電池包設(shè)計(jì)的時(shí)候，要對(duì)整車(chē)的橫向加固以及加強(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未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)也做了一個(gè)初步的構(gòu)想。通過(guò)整車(chē)碰撞分析，整車(chē)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。第三層是控制電池包最安全的區(qū)域。要保證安全，電池包應(yīng)安裝在第三層，這樣的話，電池包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(shuō)現(xiàn)在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，假如說(shuō)未來(lái)達(dá)到700mm到800mm的電芯的尺寸，未來(lái)可能會(huì)要設(shè)計(jì)長(zhǎng)的模組或者是長(zhǎng)的電芯。

針對(duì)長(zhǎng)電芯，目前業(yè)內(nèi)普遍做的是EV的尺寸長(zhǎng)度148，MEB的尺寸的是220，假如未來(lái)做到800到1米的長(zhǎng)度的話電芯的長(zhǎng)度可能在400到500，或者是700到800的長(zhǎng)度，假如這么長(zhǎng)的電芯用傳統(tǒng)的卷繞工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)，要采用全新的疊片工藝，因?yàn)殡娦咀鲩L(zhǎng)之后，卷繞可能在工藝實(shí)現(xiàn)上，設(shè)備