一汽集團王德平：動力電池安全事故是一個系統工程

編者按:新能源汽車的“火”是其真正進入市場前必須邁過的一道坎，而電池安全可以說是新能源汽車產業健康發展的重要保障。為了應對電池安全的重大挑戰，各家車企也使出了看家本領。在10月8日舉行的2019 IBSW國際電池安全大會上，來自BAIC新能源、一汽、蔚來的相關負責人分享了他們在電池安全方面的工作。以下是一汽集團對王德平演講的內容分享。(有刪減)

應該說，近年來電動汽車整車事故時有發生，而且隨著整車行駛里程的不斷提高，包括新能源數量的增加，高比能量電池的使用越來越多，新能源汽車的安全事故呈上升趨勢。從現場來看，充電、行駛、停車都存在安全事故。應該說電動車的安全事故涵蓋了汽車的全場景。從這些安全事故來看，近60%是電池安全問題導致的事故，所以電池安全應該說是整個新能源汽車安全事故的核心。圍繞電動汽車的安全事故，尤其是動力電池的安全事故，應該不僅僅是關于電池本身，更是一個系統的工程。除了電池本身，還與整車、相關部件以及日常使用維護有關。就是圍繞電動汽車的整個生態，共同開發和維護整個動力電池系統，從而保證整個動力電池系統的安全。從整車方面來說，動力電池的安全事故主要是由幾個方面的失效引起的，可以概括為五個方面:一是電池的失效；第二，BMS的失敗；第三，絕緣系統的故障；第四，機械和密封的故障；第五，連接失敗。第一，電芯失效的方式有很多種，包括漏液、析鋰、變形、過熱和過充。從使用條件來看，無論是低溫快充技術，還是外部擠壓碰撞，都會誘發電池失效。從失效機理看，有活性物質的結構變化和相變，過量金屬的溢出和碰撞等。總結起來主要有三個方面:短路、負極析鋰、正極放氧。第二，BMS系統的故障。應該說也有很多模式，包括電壓、電流、溫度、絕緣等檢測和保護的失效，包括SOC、SOH、SOP、SOF的偏差估計，以及一些硬件的損壞。在使用條件方面，誘發BMS故障的因素也有很多，包括振動、外界沖擊、火災、涉水等。機制方面，有芯片選擇、硬件集成、通信丟包、連續邏輯。第三，絕緣失效。絕緣的失效模式包括高壓電機、接地故障、線束損壞等。從誘發條件來說，有震動因素、外界沖擊的可能性、涉水、氣壓、高倍率充電等等。從機理上講，有絕緣層耐壓水平和防護水平的失效。第四，根據連接的失效方式，有傳感器脫落、連接松動、表面氧化。從使用條件來看，有震動、外界沖擊、涉水等。第五，機械和密封的故障。還有很多故障模式，包括電池外殼和冷卻系統的泄漏。使用條件方面，有震動、跌破、撞擊、碰撞、涉水、外火等等。從機理上看，有電芯化學反應的問題，也有模塊強度、焊接結構強度、固定結構強度等變化的問題。針對這些機制和情況，一汽主要從七個方面保障新能源電動汽車的安全:一是進一步明確技術路線方向；第二，構建整個系統的安全理念；第三，在開發和管理的業務過程中，要把安全納入整個業務的管理框架；第四，一些具體的安全技術。第五，驗證好實驗；第六，提供前端和全流程服務；第七，監控系統。這里簡單介紹一下一、二、三和五、六和七，重點是電池安全技術方面的一些做法。這是整個戰略方向。今年7月，一汽還發布了一汽新能源戰略，概括為“353”:“3”和三條技術路線。未來新能源技術路線一汽三條線并行。“5”包括燃料電池、系統安全、電控、電驅動、電池系統五大核心總成。我們也分別給這五個系統起了名字，分別是氫、安全、控制、驅動、能源。動力電池以數據為核心，構建了五層電池全生命周期管理框架。第一，基礎研究和數據平臺。其次，是業務痛點的建立和市場分析。第三，數據處理和模型建立。第四，在整車上的應用，以及對用戶的服務。第五，通過引入云數據，優化車輛應用和電池回收的應用。這里的核心基礎是基礎研究，包括電池的失效和電動車的安全性，而核心的核心——電池必須盡可能的安全。二、安全的安全觀對于建立全體員工的安全觀是非常有用的，尤其是對于整個行業，包括制造和營銷。電動汽車還是一個新生事物，在產品規劃、R&D、營銷的過程中經常會有一些沖突。比如在DSOC低溫下很難保證動力和加速度和傳統車或者新車一樣，在這種情況下如何平衡。包括在電池溫度過高，需要冷卻系統保證電池安全的情況下，如何與乘員艙的冷卻系統進行平衡。應該說，在產品定義、開發、制造的全過程中，如何平衡以安全為核心的產品和功能，在現階段還是很重要的，所以樹立安全理念也是很重要的工作。第三，圍繞安全。我們在整個業務鏈上梳理了一個V型的安全全系統流程，包括安全目標的制定，圍繞安全目標對車輛需求的分析分解，各系統安全設計的實施，再到總成的實施，再到相應的驗證，總成驗證，車輛驗證，包括制造，生產，維修，監管。第四，重點關注第四個方面，也就是我們圍繞安全設計的具體做法。通過對濫用的識別、失效模式的分析、失效機理的判斷、產熱速度的預測、傳熱路徑的確認和危害的評估，對電池系統整體來說是一種積極的安全設計，每一步都導致對聯鎖時空和電池組的控制，每一步都有一些相應的控制和判斷。圍繞這樣的正面設計，構建了四重安全保護體系，包括電池安全、車輛安全、充電安全和使用安全。圍繞這四個方面，構建了16個具體方面、54項具體的安全防護措施，確保整個動力電池系統在全生命周期內的安全。下面我將結合這54項中的一些具體的防護措施，從其中的幾項進行介紹。第一，碰撞的安全性。剛才戴院長也介紹了，我們在這方面的工作也有相應的相似之處。一方面，在低速時，保證了在車輛與底部發生碰撞時，電池不會因為車輛的撞擊或碰撞而變形。另一方面，我們構建了雙向高壓斷電系統，即高速車輛發生碰撞時，如果安全氣囊開始工作，整車高壓系統要在1毫秒內同時斷電，以保證整個高壓系統的安全。第二，BMS的優化。我們把數據從云端導入BMS，因為我們公司有相應的車輛數據監控系統，建立壽命模型并估計電池的實時狀態，在邊緣把這些數據導入BMS，豐富了BMS的功能，使BMS的控制精度和估計精度更高，可以實現早期故障預警。第三，電池熱失控的預警。云的歷史數據和實時監控數據包括環境壓力和系統狀態，以及……將這些信息整合在一起，構建一個熱失控預警開發模型，然后將這些預警模型應用于整車的熱失控系統。一方面通過熱失控模型預警的系統診斷實現對高壓系統的維護，另一方面車載終端、云端、儀表為駕駛員提供相應的熱失控預警信息，包括后臺服務。第四，主動滅火系統。目前我們和浙富開發的系統還在開發階段，從之前的實驗來看效果很大。一方面，系統可以主動對熱失控模塊和單體進行滅火實驗。另一方面，由于所使用的滅火介質是一種熱熔比很高的介質，它吸收大量的熱量，通過這種吸熱可以降低電池組內的溫度，從而可以隔絕電池組內的熱量引起汽車內部空間的火災。IP防護、防水、安全的整體設計:目前這個工作還在迭代的方面。目前我們的重點還是在實驗驗證上。其實符合國標，符合相應標準，防水事故應該還是會發生的。現在專注于安全實驗，現在想通過電池碰撞實驗，再做500周循環后的水下防水和安全實驗驗證。整車續航優化的評估:圍繞車端和用戶端，構建面向用戶的基于數據的電池容量評估模型，然后將電池容量的評估模型引入安全系數，判斷整車的安全程度，進而優化和保證整車的安全使用。用戶BMS匹配:通過大數據和充電行為的分析，以及電池狀態的評估，通過OTA優化車輛對應的BMS匹配。故障預警分析:基于用戶的數據統計和數據探索，將這些數據引入診斷系統，優化BMS和用戶的使用行為，通過電池運行數據改善用戶的使用行為，保證更好的電池狀況，延長電池壽命。第五，大的工作是驗證好產品實驗，這也是我們整個實驗的一些內容。第六，全程服務，就是我們在全國五大區域建設了240個新能源汽車服務網點，保證車輛得到及時的維修和服務。第七，是專門監控我們整個產品的運行狀態，實時保證車輛的安全。最后，為了保證整個電動汽車的安全性，我們也期待與全球所有的合作伙伴一起發展新能源汽車，保證我們整個新能源汽車產業的健康發展。編者按:新能源汽車的“火”是其真正進入市場前必須邁過的一道坎，而電池安全可以說是新能源汽車產業健康發展的重要保障。為了應對電池安全的重大挑戰，各家車企也使出了看家本領。在10月8日舉行的2019 IBSW國際電池安全大會上，來自BAIC新能源、一汽、蔚來的相關負責人分享了他們在電池安全方面的工作。以下是一汽集團對王德平演講的內容分享。(有刪減)

應該說，近年來電動汽車整車事故時有發生，而且隨著整車行駛里程的不斷提高，包括新能源數量的增加，高比能量電池的使用越來越多，新能源汽車的安全事故呈上升趨勢。從現場來看，充電、行駛、停車都存在安全事故。應該說電動車的安全事故涵蓋了汽車的全場景。從這些安全事故來看，近60%是電池安全問題導致的事故，所以電池安全應該說是整個新能源汽車安全事故的核心。圍繞電動汽車的安全事故，尤其是動力電池的安全事故，應該不僅僅是關于電池本身，更是一個系統的工程。除了電池本身，它還與整車有關……相關部件及日常使用和維護。就是圍繞電動汽車的整個生態，共同開發和維護整個動力電池系統，從而保證整個動力電池系統的安全。從整車方面來說，動力電池的安全事故主要是由幾個方面的失效引起的，可以概括為五個方面:一是電池的失效；第二，BMS的失敗；第三，絕緣系統的故障；第四，機械和密封的故障；第五，連接失敗。第一，電芯失效的方式有很多種，包括漏液、析鋰、變形、過熱和過充。從使用條件來看，無論是低溫快充技術，還是外部擠壓碰撞，都會誘發電池失效。從失效機理看，有活性物質的結構變化和相變，過量金屬的溢出和碰撞等。總結起來主要有三個方面:短路、負極析鋰、正極放氧。第二，BMS系統的故障。應該說也有很多模式，包括電壓、電流、溫度、絕緣等檢測和保護的失效，包括SOC、SOH、SOP、SOF的偏差估計，以及一些硬件的損壞。在使用條件方面，誘發BMS故障的因素也有很多，包括振動、外界沖擊、火災、涉水等。機制方面，有芯片選擇、硬件集成、通信丟包、連續邏輯。第三，絕緣失效。絕緣的失效模式包括高壓電機、接地故障、線束損壞等。從誘發條件來說，有震動因素、外界沖擊的可能性、涉水、氣壓、高倍率充電等等。從機理上講，有絕緣層耐壓水平和防護水平的失效。第四，根據連接的失效方式，有傳感器脫落、連接松動、表面氧化。從使用條件來看，有震動、外界沖擊、涉水等。第五，機械和密封的故障。還有很多故障模式，包括電池外殼和冷卻系統的泄漏。使用條件方面，有震動、跌破、撞擊、碰撞、涉水、外火等等。從機理上看，有電芯化學反應的問題，也有模塊強度、焊接結構強度、固定結構強度等變化的問題。針對這些機制和情況，一汽主要從七個方面保障新能源電動汽車的安全:一是進一步明確技術路線方向；第二，構建整個系統的安全理念；第三，在開發和管理的業務過程中，要把安全納入整個業務的管理框架；第四，一些具體的安全技術。第五，驗證好實驗；第六，提供前端和全流程服務；第七，監控系統。這里簡單介紹一下一、二、三和五、六和七，重點是電池安全技術方面的一些做法。這是整個戰略方向。今年7月，一汽還發布了一汽新能源戰略，概括為“353”:“3”和三條技術路線。未來新能源技術路線一汽三條線并行。“5”包括燃料電池、系統安全、電控、電驅動、電池系統五大核心總成。我們也分別給這五個系統起了名字，分別是氫、安全、控制、驅動、能源。動力電池以數據為核心，構建了五層電池全生命周期管理框架。第一，基礎研究和數據平臺。其次，是業務痛點的建立和市場分析。第三，數據處理和模型建立。第四，在整車上的應用，以及對用戶的服務。第五，通過引入云數據，優化車輛應用和電池回收的應用。這里的核心基礎是基礎研究，包括電池的失效和電動車的安全性，而核心的核心——電池必須盡可能的安全。二、安全的安全觀對于建立全體員工的安全觀是非常有用的，尤其是對于整個行業，包括制造和營銷。電動汽車還是一個新生事物，在產品規劃、R&D、營銷的過程中經常會有一些沖突。比如在DSOC低溫下很難保證動力和加速度和傳統車或者新車一樣，在這種情況下如何平衡。包括在電池溫度過高，需要冷卻系統保證電池安全的情況下，如何與乘員艙的冷卻系統進行平衡。應該說，在產品定義、開發、制造的全過程中，如何平衡以安全為核心的產品和功能，在現階段還是很重要的，所以樹立安全理念也是很重要的工作。第三，圍繞安全。我們在整個業務鏈上梳理了一個V型的安全全系統流程，包括安全目標的制定，圍繞安全目標對車輛需求的分析分解，各系統安全設計的實施，再到總成的實施，再到相應的驗證，總成驗證，車輛驗證，包括制造，生產，維修，監管。第四，重點關注第四個方面，也就是我們圍繞安全設計的具體做法。通過對濫用的識別、失效模式的分析、失效機理的判斷、產熱速度的預測、傳熱路徑的確認和危害的評估，對電池系統整體來說是一種積極的安全設計，每一步都導致對聯鎖時空和電池組的控制，每一步都有一些相應的控制和判斷。圍繞這樣的正面設計，構建了四重安全保護體系，包括電池安全、車輛安全、充電安全和使用安全。圍繞這四個方面，構建了16個具體方面、54項具體的安全防護措施，確保整個動力電池系統在全生命周期內的安全。下面我將結合這54項中的一些具體的防護措施，從其中的幾項進行介紹。第一，碰撞的安全性。剛才戴院長也介紹了，我們在這方面的工作也有相應的相似之處。一方面，在低速時，保證了在車輛與底部發生碰撞時，電池不會因為車輛的撞擊或碰撞而變形。另一方面，我們構建了雙向高壓斷電系統，即高速車輛發生碰撞時，如果安全氣囊開始工作，整車高壓系統要在1毫秒內同時斷電，以保證整個高壓系統的安全。第二，BMS的優化。我們把數據從云端導入BMS，因為我們公司有相應的車輛數據監控系統，建立壽命模型并估計電池的實時狀態，在邊緣把這些數據導入BMS，豐富了BMS的功能，使BMS的控制精度和估計精度更高，可以實現早期故障預警。第三，電池熱失控的預警。云的歷史數據和實時監控數據包括環境壓力和系統狀態，以及……將這些信息整合在一起，構建一個熱失控預警開發模型，然后將這些預警模型應用于整車的熱失控系統。一方面通過熱失控模型預警的系統診斷實現對高壓系統的維護，另一方面車載終端、云端、儀表為駕駛員提供相應的熱失控預警信息，包括后臺服務。第四，主動滅火系統。目前我們和浙富開發的系統還在開發階段，從之前的實驗來看效果很大。一方面，系統可以主動對熱失控模塊和單體進行滅火實驗。另一方面，由于所使用的滅火介質是一種熱熔比很高的介質，它吸收大量的熱量，通過這種吸熱可以降低電池組內的溫度，從而可以隔絕電池組內的熱量引起汽車內部空間的火災。IP防護、防水、安全的整體設計:目前這個工作還在迭代的方面。目前我們的重點還是在實驗驗證上。其實符合國標，符合相應標準，防水事故應該還是會發生的。現在專注于安全實驗，現在想通過電池碰撞實驗，再做500周循環后的水下防水和安全實驗驗證。整車續航優化的評估:圍繞車端和用戶端，構建面向用戶的基于數據的電池容量評估模型，然后將電池容量的評估模型引入安全系數，判斷整車的安全程度，進而優化和保證整車的安全使用。用戶BMS匹配:通過大數據和充電行為的分析，以及電池狀態的評估，通過OTA優化車輛對應的BMS匹配。故障預警分析:基于用戶的數據統計和數據探索，將這些數據引入診斷系統，優化BMS和用戶的使用行為，通過電池運行數據改善用戶的使用行為，保證更好的電池狀況，延長電池壽命。第五，大的工作是驗證好產品實驗，這也是我們整個實驗的一些內容。第六，全程服務，就是我們在全國五大區域建設了240個新能源汽車服務網點，保證車輛得到及時的維修和服務。第七，是專門監控我們整個產品的運行狀態，實時保證車輛的安全。最后，為了保證整個電動汽車的安全性，我們也期待與全球所有的合作伙伴一起發展新能源汽車，保證我們整個新能源汽車產業的健康發展。

標簽：一汽羿理念DS蔚來

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