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SwRI计划成立电池评估商业联盟

美国西南研究院日前在上海为其储能系统安全性及评估商业联盟举行推介会。

王芳:解析新能源汽车动力电池的标准与测试评价体系

ESSES商业联盟计划于2011年1月起成立,目的是要增进汽车电池市场的透明度,推动能源存储系统的发展。据介绍,ESSES联盟计划实现在现有品牌的电子化学储能系统产品的基础上,发展详细的竞争前电池水平测试数据;并开展并推动对标杆电池进行测试的分析方法的研究,更快捷、更经济、并且更加有效地进行测试。目前建议的四类主要测试组合包括性能和特征、产品寿命周期、破坏测试及生产制造。测试的电池将由成员提供或制定,最终内容将包括测试数据,涵盖性能、破坏测试、生命周期和生产测试一致性等方面,并且以独立的第三方实验的标准形式呈现。

2017-08-29来源:网易

新能源汽车网2017年8月29日消息:2017国际电动汽车动力电池产业发展与技术创新峰会于8月25、26日在江苏省张家港市召开,本次峰会将以“供需协同与技术升级”为主题,围绕“技术开发与性能优化”、“整车配套与选型需求”、“动力电池回收与梯次利用”三大领域开展为期两天的深入探讨。

动力电池作为新能源汽车的核心零部件,其产品品质、技术性能直接影响着整车的品质和性能,换言之,中国汽车工业实现弯道超车的希望在于新能源汽车,而新能源汽车产业的强大关键在于动力电池。把发展动力电池作为一个长期战略,实现新能源车市场产销的可持续增长,中国动力电池赢得全球话语权的时间将不远矣。

会议现场,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发表了《新能源汽车动力电池标准法规测试评价体系解析》的主题演讲。

以下是演讲实录:

今天我的报告的主题跟我自己的工作密切相关,对电池的标准与测试评价体系做一个解析。

其实我今天讲的内容,从题目上看就是两大部分,一个是标准,一个是测试评价,首先第一部分就是电池的标准。

现有的动力电池的标准体系,分为这样几大块,一个是电性能、寿命、安全性、互换性、回收利用,以及关键的附件。其实这里面提到的标准,可能有些跟产品的要求直接相关,有些跟产品的生产使用过程当中一些管理相关,我就把最近直接相关的,可能大家重视程度非常高的产品结合我自己测试一些数据给大家做一个展示。

首先,看一下几个标准的一些应用,主要是产品相关的一些标准,首先就是31484到31486单体模块的性能和安全测试的标准。前两天我们同事进行了梳理,首先对31486的一个评价,我们统计了110款单体电池的能量密度的数据,能量密度在100-200wh/kg的产品已经占总数的85%,其中100-150wh/kg之间的产品是占35%,150-200之间是42%,这是目前的一个状态。我们做这个统计是为了做热失控、热扩散研究统计,因此我们做热失控方法的研究,希望能够选用的测试的对象的参数,能够涵盖到所有的范围,所以我们把每个阶梯内样本做热失控评价,后面我会讲阶段性的结果。

再提一下31485,对单体的安全要求,包括机械、电能和环境的滥用,当然我们测试的目的是为了考核在滥用的情况下,电池能够抵制最终不发生热失控的安全等级。

那么我们在这个基础上,我们也做了一个分析,我们分析的时候,看到在目前,单体的能量密度,我们统计了72款电池系统,里面所用的平均值是168瓦时每公斤,到了系统平均是120瓦时每公斤,到了这个程度就享受1.2的补贴。

从2017年3月份到现在的数据,我们可以看到50个样本,里面的平均值到117瓦时每公斤,我们可以看到能量密度的平均增加了11瓦时每公斤,实际上如果跟去年的4、5月份相比,能量密度的提升值还是要高的,比这个更高。另外冷却方式方面,自然冷却的数量上升的非常明显,风冷和热冷,包括附加的设计,第二个明显的特点就是能量密度在90-120wh/kg和120wh/kg以上的产品的占比提升的非常得快。

在提一下标准31467.3,就是安全性的测试,这个是我们在之前,今年4月份之前统计的600个样本。是机械类的测试,特别是振动和挤压,通过率相对来说比较低。这个也有很多人反馈,要求新标准在实施的时候把振动跟挤压暂缓实施。

再提一下客车安全条件,重点提热失控和热扩散,现在和未来一段时间里,还是比较乐观看到三元大范围的推广应用。对于客车安全条件,还有一个就是系统的热扩散,当电池系统里面有一个电线发生热失控的时候,整个系统能不能不发生系统的热失控,就是不会扩展,或者是扩展之前,人能不能够安全逃生,在这个基础上,我们制订了这样一个试验的方案,当然这个方案也被客车安全条件采纳。

接下来要讲的标准是电池管理系统,第一个是QC/T0897,其实新的国标管理系统标准也正在制定当中,它里面会分两大框架,一个标准的正文,一个是附录。实际上BMS功能安全的标准也独立的立项也开始了相应的制定工作,大家对这块感兴趣的,可以对这方面多多关注一下,因为对于BMS来说,就是你的功能到底有没有实现,这个更为重要。

标准的最后一部分想提一下标准的动向,里面有两个要修改的地方,一个是振动,我们没有数据的情况下,我们先就要做深入的研究,拿到足够的数据来制定出新的一个标准。第二个就是热扩散在新的强标里面计划加入热扩散的测试,原来是客车安全条件里面有,后面也可能是所有车都做这样的测试。

振动的专项小组有我一个同事孔博士牵头负责,相应的同事也都参与到这里里面一起做这事儿,考虑是从事这个整个车的行驶的可靠性和随机振动进行评价,我们的方案就是在车不同位置安装振动的传感器进行采集数据,对数据进行分析。同时呢,对它的影响的因素进行评价和评估,最终得出一个标准的建议。我们目前做了大概十辆车左右的,已经做完了,其中两辆商用车,这一周还会完成五辆的测试,测试会涵盖典型的路面,测试的数据我们会用这样解析的办法进行解析,当然这个解析办法和国内外专家和企业同事都有相关的讨论,也得到了大家的认可。在这个基础上,我们开展的实验是在这个车身的这种典型的位置,大概有11个点做这样一个传感器的安装、采集和数据的分析,得到振动路铺的解析图,我们还有一个包罗图,我们给出最终的建议,这个是我们目前根据现有的测试数据给出的这样一个初步的建议,当然后面还会根据测试结果和详细的一些分析,包括逐渐的减少它的一些影响因子,然后得出最终一个标准的正式稿的建议。

再说一下热扩散,我们其实在客车安全条件从去年10月份到现在也实施了大半年了,我们的工程师在测试的过程当中,分析了有这样的问题存在,第一个就是这三种方法的测试,均要求电池包进行一定的改动,这个改动实验前的准备工作是非常的繁琐,第二个这几个不同的方法都有可能引入额外的能量,而不是因为电池本身内部的热失控带来的这种能量,我们要考虑到实验的客观性、重现性等等,就需要测算出它的额外引入的能量对于实验结果的影响,第三个,这三个不同的实验方法使结果有不同的。第四个不同电池体系热失控标准的界定,原来是温度升高,电压下降,而且这个温升的速度达到一度每秒这个我们在测试的时候有一定操作的难度,比如说电压下降多少值是下降,然后达到一度每秒要延续多少个采样点才认为是确实到了这个点而且是平稳的,这些都是我们做更多的研究,把这个测试方法做成更合理化,而且都能接受的测试方法,里面还有其他的问题,包括加热装置很难统一等。

接下来是电池基本性能的评价,对于我们,我们也制定一个电池的产品的数据库,熟悉的朋友知道我有成立一个电池测试与技术评价联盟,我们评价数据库积累的时候呢,有这样一些分类,包括出厂一致性,它的性能一些评价,包括寿命的一些评估的这样一些数据的积累,里面的细节会分为每个细节的测试,对于每个电池会进行这样系统的分析和评估,也能够造出他的指标参数的报告图来。

第三方面其实我想提一下电池的热和电化学耦合的测试评价体系,这个也是非常大的测试评价体系,包括从材料电池出发结合建模和仿真的分析,我们应该怎么去设计,以及怎么去评价这样一些概念,我想这块稍微提几点,一个SOC对电池产热功率的大小,三元和磷酸铁锂它的明显的差异,包括温度对它产热影响,低温的磷酸铁锂突出更三元不一样的表现,包括电流对电池产热功率的影响,在这个测试当中呢,我们也很有意思的发现了一些产品的这种的MAP图,在不同的温度下,不同的起始温度,当采用不一样的放电电流的时候,它存在所谓的产热功率边界,我们都能够找到这个边界,而这个边界是有规律的,这个我想对于我们在系统设计的时候,是比较有用的边界的参数。这个我们相应的同事把这个结果也发在文章期刊上面。

再提一下全生命周期的热特性电池表征的时候,电池的安全性并不是说所有的项目都是循环时间越长,安全性越差,所以说这个其实也跟它本真的热的稳定性与循环的次数有关系,所以我们也系统的研究在不同的循环过程当中,它的一个热稳定性一个表现。

第四大块简单的提一下电池的系统寿命的评估,因为这个其实大家都在做,但是,其实目前来说,我们还没有一个完全能够写成国家标准的测试方法,这个也是我们想致力于要把它完成的一个工作,就是从整车的工况出发,我们用中国的工况把它经过分析解析为电池的这样一个充电桩的工况,我们从这个基础上进行加速评价的研究,希望能够得到从电池到整车这样一个寿命和质保的一个关系。

第五个提一下管理系统的测试评价,管理系统的测试评价非常重要,特别是到了现在的阶段,我们写了这样一些内容,包括全生命周期的评价体系,包括对于刚才我提到的功能安全的测试,其实是非常重要的。那相应的标准也都已经开始起草,当然是刚刚开始,也在探讨它到底应该做怎么样一个梳理。

第六个电池系统,刚才说了所有充电到热失控的评价,基于整车出发和安全性进行系统的评估,在这个基础上,今天上午大家很多的问题集中在递次利用和回收上面,我刚才介绍我们有递次利用的联盟,我自己这块的工作,我们希望能够有一些可复制的一些模式的重现,我觉得要想有一些可复制的模式能够去推动的话,里面有几个关键的因素,一个就是运行监控系统的施行,这里面包括我说到的大家重点关注的电池的编码制度,就是能够每个电池有一个身份证和病例本,然后随时监控电池的这种健康状态,那这里面就有电池全生命状态评价体系,同时对我们的后端的递次利用的领域的这些场景它所要求的指标参数有一个明确的定义,我们在后台的系统里面就可以随时能够把电池随时归类到它可以在现在的状态下,可以应用于什么样的递次场景,然后再附加一些不是那么高的集成的成本,能够用到这个领域,可能才能够推行下去。

美国西南研究院将在SAE J2464、UN
3830、DOT交通部电池测试标准、USABC(美国先进电池联合会)和美国能源部针对充电式混合动力电动汽车的汽车动力电池测试手册等操作指导基础上,开展研究测试。测试项目将根据电池水平测试的前竞争性、应用性和衡量技术使用等方面进行选择。美国西南研究院ESSES联盟由商业组织、企业等参与者组成,每期持续3年时间。联盟还计划每半年进行一次会议总结,提供月度报告及年度报告。最终的知识产权和成果数据将可以被参与成员所享有。

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