CIBF丨同濟大學魏學哲：軟包電池控制系統技術與算法分析

2021年3月18日，由中國化學與物理動力工業協會動力電池應用分會、電池中國網聯合舉辦的第二屆新能源汽車及動力電池國際交流大會(CIBF·深圳)在深圳舉行。會議期間，同濟大學汽車學院副院長魏學哲發表了題為“柔性電池控制系統的技術與算法分析”的主題演講。

以下為演講實錄:

這次會議是做軟袋的專場，給我的是一篇八股作文:談軟袋電池在汽車領域的應用。軟包電池在汽車上也有廣泛應用，我們一直在密切關注這件事，尤其是最近兩年。

你還會看到，過去電池在材料技術上進步很快，但最近在結構上有了很多進步，比如刀片電池、CTP、CTC等被壓縮的非活性材料的空間和重量。軟裝電池的能量密度會更高，自然要關注軟裝電池。

另外，我們會看到這個行業的發展，安全事故很多，特別是前幾年在政策的引導下，補貼傾向于高能量密度電池，大家都匆匆離開，一些安全事故就出來了。這個問題不僅在中國，現代和LG也有。

為了這個行業更穩定的發展，柔性電池固有的安全優勢得到體現，這在我看來是兩個關鍵點。

后面的圖說明了什么？在我們調查的電動車事故中，純電動車都是電池驅動的。在使用過程中，一個很常見的問題就是電池組被擠壓。比如路邊或者路上的石頭的撞擊，讓電池組變形。變形大的話會直接擠到電池里。從這個角度來看，柔性電池擠壓后的變形具有良好的抗擠壓性，這也在一定程度上實現了電池系統的安全性，這是它的優點。

從我們之前的工作來看，如果我們真的想在汽車上很好地利用柔性電池，還有相當多的挑戰。下面我簡單總結一下，分為四類:1。尺寸和機械設計；2.厚度、預緊力和使用壽命；3.結構和熱管理；4.密封性，脹氣性，安全性。下面從這四個方面簡單說一下一些工作和一些問題。

第一個問題是大小。汽車行業的主流是做機械師，機械師上大學有專門的公差課。尺寸問題是力學問題的第一個問題。很多汽車公司選擇硬殼電池而不是軟包電池，很重要的原因就是尺寸無法控制。我不知道尺寸是多少。在整車之間的尺寸要求下，對軟包電池的尺寸誤差提出了很高的要求。軟包裝尺寸確實有兩面性，有好有壞。是在單體層面解決還是在某個層面解決？無論什么層面，都要非常認真的對待尺寸控制的問題。

大小問題和擴展問題。充放電的時候會吸放，要么是力的變化，要么是大小的變化，這是必然的事情。剛才講了預緊力和大小的變化，以及充放電的過程。大小控制不是一個靜態問題，而是一個動態問題，關系到收費的動態過程。在更長的時期內，關系到電池的壽命。電池壽命衰減的越多，膨脹的越多，然后體積就越大，壽命就變了。這是一個基本屬性，我們必須認真面對。

我們在預緊上做了很多工作，不緊不松，但是要合適。

如果太緊，會粘在隔膜上。在較大的外力作用下，會出現化學降解的問題，這是機械降解和化學降解的耦合關系。我只是看到這個力隨著充放電電流和壽命的變化而變化，所以充放電應該是一個可以動態調節的力。

我們還會看到資料片的特點。從生命的擴張特征來看，我們可以做一個“滴答”的形狀，基本上是一個線性的增長模式。這是研究清楚其特征的過程。

硬殼也有這個問題，但是因為它這里有殼，軟包沒有這個，模塊設計很重要。關于熱度還有很重要的一點。之前有人說熱管理好做。我覺得這是問題的一面，也有困難的一面。一般來說比較大，比較長，傳熱有三個方向。如果是在厚的方向，很容易傳導。現在對于乘用車來說，散熱面在底部。如果它在Z方向導熱，那就非常難傳導，這對于柔性電池來說是一個非常大的問題。

解決了以下問題:導熱系數不夠，高倍率快充發熱多，尺寸變化大。我覺得這是一個很重要的趨勢，就是汽車行業會走向快充，3C和4C快充，甚至更高。包括基礎設施的建設，前幾年的思路是慢充為主，快充為輔。現在，這個思路需要調整了。大量的慢充應用效率非常低，時間也是金錢。不僅電是錢，時間是更重要的錢。我指的是軟電池或者軟電池盒的設計，必須在適應快充的情況下考慮。軟包有兩種方式，一種是在上面，一種是條狀。目前大的，特別是快充，顯然右邊的方式會要求更高。軟包的傳熱，左邊傳熱不均勻，有一個彎曲的路徑，電流傳遞不均勻，所以發熱不均勻，散熱不管怎么排列基本都是同一個面，也就是說散熱在厚度上再好，如果不能有效傳遞也沒用。

為了改善這個問題，有人將軟包的設計趨近于硬殼的思路，即在軟包上加一塊導熱的金屬鋁板，可以是一塊，也可以是多一塊。有些方案設計成內有軟包，外有硬殼。這種硬殼是一種不需要完全密封的結構，可以約束形狀，可以提高傳熱。

還有就是剛才講的安全問題。軟包裝安全性是有益的。這是什么意思？它不會爆炸。再說爆炸。這個要求太低了，而且……他堅硬的外殼不會爆炸。爆炸是相對較低的要求。

軟包裝不爆炸后在安全上有什么好處？有哪些挑戰？我剛才說了一個很大的優勢。從我的觀察來看，軟袋抗針能力差，一刺就破，硬殼抗針能力好一點。

軟袋的抗擠壓性更好，在使用中，抗擠壓性比抗針刺性大得多。以前開車的時候，車的下沿兒被擠了也沒關系。現在必須考慮這個問題，尤其是以前車的底盤做得低，風阻小。現在為了照顧電池，必須把它做高，這對車的性能是很大的制約。抗擠壓是個大問題，這也是軟包裝的好處。

剛才說了鼓包吹得像枕頭的問題，這是常見的情況。

還有電解液泄漏。畢竟是焊出來的，軟袋是粘出來的，密封性還是個大問題。封邊加寬后，有效利用容積會減少，封邊變窄后，緊密度會向下。在汽車使用環境中，高低溫的變化可以達到針對性場合下的密封效果，使用壽命10-15年。

還有熱安全問題。剛才大家都說不會爆，破的地方不會有那么多壓力積累，但是另一方面破的位置是不確定的。硬殼電池有安全閥，會在固定的地方壞掉。如果這個地方產生了氣體，你就知道從哪里破，會有專門的管道把氣體導出，安全性會提高。軟裝電池會壞掉，但是如果壞掉的地方不明，車就不能用了，這也是它的軟肋，需要在軟裝系統的設計中考慮。

早上時間很緊。首先，有優勢。能量密度高是非常大的優勢，而且體積是可變的，或者說改變體積相對容易。如你所見，這個行業的標準化有優勢，但也有劣勢。有大中小電池，大小不統一。另外安全性也比較好。這個問題不是絕對的，要看方式。

還是回答四個問題:1。尺寸。在哪個問題上解決還是需要回答的；2.分組后的預緊力應根據軟袋的全生命周期規律進行調整；3.由于在垂直方向上傳熱的困難，很難設計熱管理系統；4.難以掌握復雜工況下密封、熱失控等安全問題的規律。

就像我剛才說的，如果散熱問題解決不好，就很難適應快充的需求，但是有些是不需要快充的，比如總線和換電模式，它沒有太大的需求，但是能量密度比較高，軟包應用場景適合。技術路線沒有絕對的好壞，要搭配合適的應用場景。

(注:本文根據現場速記整理，未經主講人審核。僅供參考。請勿轉載！)

掃描下方二維碼，關注“第二屆新能源汽車及動力電池國際交流大會(CIBF深)”直播專題！1 2021年3月18日，由中國化學與物理動力工業協會動力電池應用分會、電池中國網聯合舉辦的第二屆新能源汽車及動力電池國際交流大會(CIBF·深圳)在深圳召開。會議期間，同濟大學汽車學院副院長魏學哲發表了題為“柔性電池控制系統的技術與算法分析”的主題演講。

以下為演講實錄:

這次會議是做軟袋的專場，給我的是一篇八股作文:談軟袋電池在汽車領域的應用。軟包電池在汽車上也有廣泛應用，我們一直在密切關注這件事，尤其是最近兩年。

你還會看到，過去電池在材料技術上進步很快，但最近在結構上有了很多進步，比如刀片電池、CTP、CTC等被壓縮的非活性材料的空間和重量。軟裝電池的能量密度會更高，自然要關注軟裝電池。

另外，我們會看到這個行業的發展，安全事故很多，特別是前幾年在政策的引導下，補貼傾向于高能量密度電池，大家都匆匆離開，一些安全事故就出來了。這個問題不僅在中國，現代和LG也有。

為了這個行業更穩定的發展，柔性電池固有的安全優勢得到體現，這在我看來是兩個關鍵點。

后面的圖說明了什么？在我們調查的電動車事故中，純電動車都是電池驅動的。在使用過程中，一個很常見的問題就是電池組被擠壓。比如路邊或者路上的石頭的撞擊，讓電池組變形。變形大的話會直接擠到電池里。從這個角度來看，柔性電池擠壓后的變形具有良好的抗擠壓性，這也在一定程度上實現了電池系統的安全性，這是它的優點。

從我們之前的工作來看，如果我們真的想在汽車上很好地利用柔性電池，還有相當多的挑戰。下面我簡單總結一下，分為四類:1。尺寸和機械設計；2.厚度、預緊力和使用壽命；3.結構和熱管理；4.密封性，脹氣性，安全性。下面從這四個方面簡單說一下一些工作和一些問題。

第一個問題是大小。汽車行業的主流是做機械師，機械師上大學有專門的公差課。尺寸問題是力學問題的第一個問題。很多汽車公司選擇硬殼電池而不是軟包電池，很重要的原因就是尺寸無法控制。我不知道尺寸是多少。在整車之間的尺寸要求下，對軟包電池的尺寸誤差提出了很高的要求。軟包裝尺寸確實有兩面性，有好有壞。是在單體層面解決還是在某個層面解決？無論什么層面，都要非常認真的對待尺寸控制的問題。

大小問題和擴展問題。充放電的時候會吸放，要么是力的變化，要么是大小的變化，這是必然的事情。剛才講了預緊力和大小的變化，以及充放電的過程。大小控制不是一個靜態問題，而是一個動態問題，關系到收費的動態過程。在更長的時期內，關系到電池的壽命。電池壽命衰減的越多，膨脹的越多，然后體積就越大，壽命就變了。這是一個基本屬性，我們必須認真面對。

我們在預緊上做了很多工作，不緊不松，但是要合適。

如果太緊，會粘在隔膜上。在較大的外力作用下，會出現化學降解的問題，這是機械降解和化學降解的耦合關系。我只是看到這個力隨著充放電電流和壽命的變化而變化，所以充放電應該是一個可以動態調節的力。

我們還會看到資料片的特點。從生命的擴張特征來看，我們可以做一個“滴答”的形狀，基本上是一個線性的增長模式。這是研究清楚其特征的過程。

硬殼也有這個問題，但是因為它這里有殼，軟包沒有這個，模塊設計很重要。關于熱度還有很重要的一點。之前有人說熱管理好做。我覺得這是問題的一面，也有困難的一面。一般來說比較大，比較長，傳熱有三個方向。如果是在厚的方向，很容易傳導。現在對于乘用車來說，散熱面在底部。如果它在Z方向導熱，那就非常難傳導，這對于柔性電池來說是一個非常大的問題。

解決了以下問題:導熱系數不夠，高倍率快充發熱多，尺寸變化大。我覺得這是一個很重要的趨勢，就是汽車行業會走向快充，3C和4C快充，甚至更高。包括基礎設施的建設，前幾年的思路是慢充為主，快充為輔。現在，這個思路需要調整了。大量的慢充應用效率非常低，時間也是金錢。不僅電是錢，時間是更重要的錢。我指的是軟電池或者軟電池盒的設計，必須在適應快充的情況下考慮。軟包有兩種方式，一種是在上面，一種是條狀。目前大的，特別是快充，顯然右邊的方式會要求更高。軟包的傳熱，左邊傳熱不均勻，有一個彎曲的路徑，電流傳遞不均勻，所以發熱不均勻，散熱不管怎么排列基本都是同一個面，也就是說散熱在厚度上再好，如果不能有效傳遞也沒用。

為了改善這個問題，有人將軟包的設計趨近于硬殼的思路，即在軟包上加一塊導熱的金屬鋁板，可以是一塊，也可以是多一塊。有些方案設計成內有軟包，外有硬殼。這種硬殼是一種不需要完全密封的結構，可以約束形狀，可以提高傳熱。

還有就是剛才講的安全問題。軟包裝安全性是有益的。這是什么意思？它不會爆炸。再說爆炸。這個要求太低了，而且……他堅硬的外殼不會爆炸。爆炸是相對較低的要求。

軟包裝不爆炸后在安全上有什么好處？有哪些挑戰？我剛才說了一個很大的優勢。從我的觀察來看，軟袋抗針能力差，一刺就破，硬殼抗針能力好一點。

軟袋的抗擠壓性更好，在使用中，抗擠壓性比抗針刺性大得多。以前開車的時候，車的下沿兒被擠了也沒關系。現在必須考慮這個問題，尤其是以前車的底盤做得低，風阻小。現在為了照顧電池，必須把它做高，這對車的性能是很大的制約。抗擠壓是個大問題，這也是軟包裝的好處。

剛才說了鼓包吹得像枕頭的問題，這是常見的情況。

還有電解質滲漏。畢竟是焊出來的，軟袋是粘出來的，密封性還是個大問題。封邊加寬后，有效利用容積會減少，封邊變窄后，緊密度會向下。在汽車使用環境中，高低溫的變化可以達到針對性場合下的密封效果，使用壽命10-15年。

還有熱安全問題。剛才大家都說不會爆，破的地方不會有那么多壓力積累，但是另一方面破的位置是不確定的。硬殼電池有安全閥，會在固定的地方壞掉。如果這個地方產生了氣體，你就知道從哪里破，會有專門的管道把氣體導出，安全性會提高。軟裝電池會壞掉，但是如果壞掉的地方不明，車就不能用了，這也是它的軟肋，需要在軟裝系統的設計中考慮。

早上時間很緊。首先，有優勢。能量密度高是非常大的優勢，而且體積是可變的，或者說改變體積相對容易。如你所見，這個行業的標準化有優勢，但也有劣勢。有大中小電池，大小不統一。另外安全性也比較好。這個問題不是絕對的，要看方式。

還是回答四個問題:1。尺寸。在哪個問題上解決還是需要回答的；2.分組后的預緊力應根據軟袋的全生命周期規律進行調整；3.由于在垂直方向上傳熱的困難，很難設計熱管理系統；4.難以掌握復雜工況下密封、熱失控等安全問題的規律。

就像我剛才說的，如果散熱問題解決不好，就很難適應快充的需求，但是有些是不需要快充的，比如總線和換電模式，它沒有太大的需求，但是能量密度比較高，軟包應用場景適合。技術路線沒有絕對的好壞，要搭配合適的應用場景。

(注:本文根據現場速記整理，未經主講人審核。僅供參考。請勿轉載！)

掃描下方二維碼，關注“第二屆新能源汽車及動力電池國際交流大會(CIBF深)”直播專題！

標簽：現代

汽車資訊熱門資訊