澳门永利集团888贵宾厅网址
欢迎来到山东 澳门永利集团888贵宾厅网址 数控机械有限公司官网!

热线:18666666666

电话:13666666666

地址:济南市历城区开源

您的位置: 澳门永利集团888贵宾厅主页 > 机械动态中心 > 公司新闻

华南理工大学袁伟:追求快充高性能的同时也要

发布人: 澳门永利集团888贵宾厅网址 来源: 澳门永利集团888贵宾厅官网 发布时间: 2020-07-28 08:25

  首页商业行业华南理工大学袁伟:追求快充高性能的同时,也要兼顾安全问题

  7月24日-27日,由中华人民国商务部批准,得到国务院国有资产监督管理委员会、商务部外贸发展局大力支持,广州市工业和信息化局组织,中国机械工业集团有限公司、中国机械国际合作股份有限公司、中央企业电动车产业联盟、中国南方电网有限责任公司、南光(集团)有限公司和广东省汽车流通协会联合主办,广州中汽服务贸易有限公司和南方电网电动汽车服务有限公司共同承办的第五届中国(广州)国际新能源、节能及智能汽车展览会在广州保利世贸博展览馆举办。

  期间,由车云网和中国机械国际合作股份有限公司主办,电动邦联合主办的“迭代、——2020新能源汽车大会”于7月25日在广州保利世贸博览馆1.5层百合心语厅。本次大会以”迭代、”为主题,邀请业内重量级专家及企业大咖参会,将围绕“新能源汽车市场的趋势与格局”、“新能源汽车动力电池的商业模式与技术线的进化”、“新基建风口下的充换电机遇”等话题分三场进行讨论,共同探讨新能源汽车产业的未来。

  袁伟:大家下午好。非常感谢主办方的邀请,在这样一个盛大隆重的场合,跟业内的很多朋友们一起分享这么多年做动力电池相关的一些体会和感受,坦率来说电池这一块非常复杂,是一个很庞大的系统,更不用说新能源汽车了,这里面涉及到很多学科、很多专业,我是华南理工大学机械与汽车学院的,是一个纯工科的学院,我们学校里面研究电池的课题组、团队很多个,分布材料、化学、化工、能源,我们是机械与汽车,所以本身就是一个多学科交叉融合的领域,今天我选择的主题,当时也考虑了很久,就在想我们在这样一个场合跟大家讲什么,所以今天我主要想讲一下动力电池之“热”,这个“热”不同于办会的热,天气的热,新能源产业特别热,动力电池也是很热的一个领域。我今天讲的真正的“热”,就是电池“热问题”。

  首先是热失控,动力电池“安全之问”,二是动力电池热管理的意义。三是热管理技术线和典型应用,这一块不一定在产业或者企业前沿,现在技术发展特别快,但是这是比较经典的。四是动力电池热管理技术展望。五是报告人团队简介。

  引发我们做这一块的本原,也就是初衷,来自于动力电池安全之问,经常有朋友跟我聊天,问我电动车安全吗?特别是一些上看到总是发生自燃事故,有的车自己停在那里充电或者怎样,就发生这样的事故了。因为它很热,大家都很关注这一点,所以有时候宣传起来很关注,就显得这个问题突然凸显出来,这也是一个小概率事件。安全问题,围绕热失控讲讲怎么样从“热”问题的解决上,给大家带来一点。

  2017、2018年去美国访学一年,回来后发现上行驶的新能源汽车越来越多,周围很多是绿牌车,我出国前比重还不是那么大,回国后,发现到处都是,其实也符合我们产业现状,我们新能源汽车包括动力电池发展,往前推大概三到四年迎来井喷式发展。发展快了,大家都接受新能源汽车了,安全问题似乎就凸显出来了。不管做什么样的车,采用什么样的技术线,包括动力电池,你是三元的也好,磷酸铁锂也好,都不能忽视安全问题。据我了解一些企业,特别是一些造车的新兴企业,要求见效快,怎么尽快赚钱,所以快速发展的过程中,往往会忽略这一块,对于安全方面的研究还是不足的。车企如何把安全做好,因为现在消费者或者说用户都喜欢快充,喜欢长续航、大容量,很多宣传深也是以这些关键词进行宣传,坦率来说我们追求更高性能的同时,如何平衡安全的问题,这也是我们必须要时刻想的事情。

  我跟很多朋友解释的时候,你们觉得汽油车烧油车安全吗?他们觉得很安全,每天都在开,但是可以想象一下,烧油的车,内燃机温度更高,而且从原理上来看,是真正的燃烧,在我们气缸里面燃烧。发展到今天,因为足够的成熟、足够的可靠,每天坐在内燃机上也觉得安全,为什么在动力电池这里,觉得不安全了?所以就带来一些思考。

  对于电动汽车而言,本身就是一个很庞大、很复杂的热系统,汽车里面有空调,空调制冷制热,这个很好理解。还有过去做冷却,对于电动汽车而言,电池、电机、电控,包括传统的空调系统,共同构成了非常复杂的热系统,所以这就有很多热问题要解决。现在大家都追求大功率、大容量,功率越来越大,很多设备、装置,从体积发展上没有很大的空间,所以我们面临着非常显著的矛盾,东西可能功率越来越大、功耗越来越大,产热越来越多,但是空间都常有限的,体积没有怎么变大,所以小体积内会面临非常高的热流密度,所以我们要想办法怎么散热,当然这只是其中一方面,热管理还不只是散热的问题。

  首先我们要了解什么是热失控,大家可以看到的很多事故,如果要找原因,溯源都跟热失控有着或多或少的联系,电池的安全设计,很大一部分的努力,都是做怎么样控制它的热,热失控很好理解,电池的温度会越来越高,每天都在用手机,感觉是很明显的,如果只是简单看网页、新闻,感觉不到发热很厉害,如果玩游戏,或者看一下电影电视,打开流,就感觉手机发热了,这是日常生活中的一个感受。电池的工作肯定会有热,而且热越来越聚集,这些热如果不能及时排出,温度会上升,温度上到一定程度,超越了我们的连接点,就会失控。所以这跟电池安全密切相关的。

  它产生热失控的原因,大概是四方面:一是过热,外部,比如说新能源车,如果在很热的地方跑,对它的比较大。二是过充电,充电过头,也会带来一些故障,还有内短问题,由于内短导致体积膨胀,导致热;三是机械碰撞,受到外力了,给它带来影响。机械碰撞,业内有震次实验,这已经是比较极端的条件了,大家在网上可以看到民间技术控做一些测评,不管理是不是标准化的,但是多少可以说明一些问题,做一次震次实验评价电池,甚至迎来一些争议,我们暂且不谈这个,今天讲热失控的原因,基本上就是这四种。

  热失控特性,因为这个过程本身就是一个链矢反应,刚开始的时候,从一个点爆发,然后开始向周围扩散,慢慢有传递的影响。所以我们也看到一些事故,最后发现电池燃烧爆炸,有的地方还保留完好,因为有一些地方没有受到影响。

  热失控带来的影响,是理论上的说法,如果有100Ah的电芯热失控能量约2400000J。我们要从源头上避免它的发生。

  这是现实中发生的情况,都是跟机械、电、热有关,这些都是热失控诱因。再往后,就是发生燃烧,这些事件给我们很多,也是我们做这个工作的重要目的。在讲热失控包括热管理前,我们先了解一下电池的基本产热内在机理,锂电池的锂离子的充电放电,里面有很多热,有反应热、焦耳热、极化热、副反应热,比较主要是反应热和焦耳热。这些热如果不能及时排出,就会带来风险,热能的形势对于日常生活中很多体系而言,都是能量主要载体,都是以热的形式,里面热的传递,先从内部开始,从反应核心区开始,慢慢往电池外围扩散,再传递电池表面,再通过一些热管理方式,再去把热到,所谓的排热,如果热不能及时排出,这里有一个简单示意图,对于电池内部的材料,热集聚起来,温度上升,对于很多材料都会带来分解,包括内短,孩子对于正极有一些氧气,氧气又加剧了性,所谓做热管理就是要控温。

  电池各个组成部分,随着温度提高,会带来很多,包括隔膜分解,隔膜、正负极材料的分解,还有内短发生温度的区间,我们通常定义的电池安全问题,在不同的渠道或者上来看,大家都比较的是45度以下,可能还要再低一点,最优是15-35度,有一些不同的说法,这个我们不去追究哪一个权威,大概温度范围比较理想的情况要知道,超过理想情况,都会有很大影响。如果上升到100甚至200多度,情况就非常糟糕。

  右边的图表示各种电极材料,磷酸铁锂、三元、石墨材料、隔膜材料等等,都有工作温度的范围,超过这样一个范围,本身就会发生剧烈的影响。材料对于热的耐受性都是有的,超过这个就会带来安全隐患。

  以过往充电为例,右边示意图是我从论文上摘下来的,也比较经典,很好反映了过充带来的热失控过程,最原始的时候,SOC是理想状况时,基本上还是可以正常工作的,SOC越来越高,也就是过充,第一阶段似乎在1.2以下,超过1.2之后,体积开始有所膨胀了,内部的SEI也会慢慢发生一些分解,所以有这样一个过程。到了第三阶段,1.4-1.6的时候,温度急剧上升,包括内短、极端的一些情况都会发生。最后产生的结果更了,包括电池就会爆裂,所以这个过程很好反映了热失控和电池充放电有关。

  内短问题,我们很多热失控包括机械、电、热都是以内短的形式呈现的,我们有必要在这里给大家讲一下内短问题,电池里面各种材料,都是一些常识,当短发生,隔膜了,材料之间会有相互接触,所以有四种形式,正负极材料接触,内短发生的时候有很复杂的情况,可能这几类并存都有可能,我们很多时候做热控、热管理,去避免发生热失控,最终目的,如果从根源来说,想的问题是怎么样避免发生内短问题。

  热失控危害很大,也很复杂,是不是没有办法应对?不是的。动力电池大家每天用这么多,不可能都热失控,那就麻烦了。在技术上现在已经做了大量工作,在电池层面,还有系统层面,有很多的防范热失控的技术,在电池本身材料层面、设计层面,已经有很多的手段和措施,包括电极材料,如何通过修饰改性,提高热稳定性,添加一些阻燃剂,还有固态电池在控热这一块也有一些先天优势。隔膜,开发一些高耐热高耐受新隔膜,从材料上做一些解决,但是还是有限,除了电池本身,系统层面也可以做很多工作,包括电池包结构设计,其实就是有很多值得创新的地方,包括今年比较热的刀片电池,它的结构上有一些优势。还有电池热管理,也是我们今天重点讲的一点,整个系统的监测、防范上,如何优化充放电。如果这些实在不行,还是会发生,我们就跑/逃生。实在不行启动应急机制也可以,目前我们看到的事情,看起来比较糟糕,似乎人受的比例还是比较小的,包括特斯拉,它们也有一套机制,整个热失控了,情况非常极端了,怎么样人,也是可以做很多工作的,所以这一块业内从技术上有很多的支撑,可以做好保障。

  既然有热失控问题,我们尽力避免它,热管理的意义。热管理就是怎么样把热很管理起来,电池这个东西,过去感觉有一点挑剔、有一点娇气,不能太热,也不能太冷,电动汽车去东北、严寒的地方,就不太好用。我以前用苹果手机,现在都用华为了,因为我家北方的,回家后自动关机,很多网友都吐槽这个问题。打电话给客服,客服说关机就对了,我们就是这么设计的,就是为了电池,希望它能够更好的状态下,所以采用了关机的机制。电池有的时候会陷入这样一个尴尬中。太热也不行,为什么夏天出问题比较容易,负面的一些消息往往都是在夏季,或者比较热的地方,所以给我们直观感受,电池有一点娇气,要挑温度,挑地区,所以不冷不热的地方最好。

  总体而言,其实是一个热管理的问题,传统的汽车,空调系统,其实就是一个热管理的系统,现在再加上我们的电池,还有电机,也是我们正在做的一些事情,三大件,电池、电机、电控,还有其他一些设备。现在功率越来越大,微电子器件功耗越来越多,都会带来热的问题,跟充电机的企业也有合作,充电机都要求大功率,里面的器件也很多,这些器件用得越来越多,可是又不能越做越大,所以有限的空间内,功率都上来了,带来很大的热管理压力,业内大家不管你是做哪一个部件,谈起来热管理的问题,大家似乎都认为这是一个共性现实,都会这个问题,过去为什么没有?因为过去功率没有那么大,做的东西也没有那么复杂,现在越来越复杂,功率越来越大。包括电机,也要散热,对于新能源汽车而言,本身就是热系统,所以如何把热控和热设计做好,是我们一直致力于解决的问题。

  从体量上来说,动力电池的热管理又分几个层面,包括单体电池,从模组、Pack级别、整车,各个层面都面临着各自的一些热问题,做电池的,虽然没有在产业一线,但是搞电池的都特别难。

  热管理,我们要冷却、加热、保温,常见的一些热管理的手段,包括风冷,也有一些其他的混动汽车在用。还有液冷系统,现在比较常见,通过冷却的液冷方式,包括通用的Volt特性,就是采用液冷,电池是T字型布局,里面有散热板流道,给冷却液流动,每一个单体之间都有散热设计,特斯拉Model平铺在底盘下,这个散热系统非常难,也做得很不错。我评价特斯拉,从技术本质来说,不是什么特别高大上的,但是它可以做到极致,特别好,7千多个要做到一致性比较好,还常难的。这是它的专利,一个是蛇形冷板,对电池外壳进行包裹,采用双向冷却提高这么多模组、电池温度的均一性。宝马3是直冷方式,把空调系统的冷酶直接用在电池冷却上。

  这是比亚迪做的刀片电池,因为这个电池有很高长宽比,无模组概念,散热起来有更多的表面,磷酸铁锂热性比三元会好一些。刚才一直讲散热,怎么把热排出,在寒冷地区,还需要进行加热,确保性能。我列举了一些典型的加热技术和方法,时间关系我不再扩展。

  要去加热,做保温,就有一个平衡性设计,如果只管保温,车在比较热的地方,保温也不行,把热都聚集起来了。如果寒冷的地方,还面临低温冷启动问题,这就是一个热问题。我讲一些潜在的方法,关于相变材料和热管,在汽车上没有真正规模化应用起来,但是其他领域也都有,从研究开发的角度,已经有一些样机或者示范的东西,大家一直都在不遗余力想这个事情,看怎么样更加实用化,相变材料,可以当成蓄热材料用,也可以当成热辅助材料使用。热管,也是一种相变的元件,我们课题组在热管这一块做了20多年了,现在把很多技术都落地了。

  从研究的角度,大家可以看到,把热管用到柱状电池散热上,进行包裹形式,快速把热导出,因为相变材料的特点,导热特别快。真空腔均热板,做成U型,在三维面进行结合,结合相变材料和热管联合应用,做散热工作。

  对于热管理这一块的展望,电池术一直更新迭代,毋庸置疑,从源头上来说,或者基础上来说,材料更新甚至未来会不会有更好的体系,有很好的热稳定性,这个都很难说。所以我相信我们做电池的领域,应该都在不遗余力做这样的事情。在热控技术方面,我们未来在高集成、轻量化包括高导热,减少BOP,强化启动性能、动态性能,超薄、超柔性能,还有省空间、热冲击,易安装。主机厂也都非常关心电池好不好,每次出了事情,压力都很大,无论主机厂还是做电池的,深度合作,做一些底层设计,自下而上的设计,去为电池保驾护航。从我们热管理角度,还常值得去做的。

  我还特别强调,我们做热设计要有专业化团队,包括跟广汽、华为合作,我们都知道这些企业都有专门做热设计的团队,而且规模不小,我相信在产业这一块,会越来越得到重视。有一些企业可能不具备组建专业化做热管理、热设计的团队,有一些半出身,有一些遇到问题才去解决,从我们专业的角度来说,多学科交叉融通的角度,提倡做电池、整机企业,有专业化做热管理的团队,做热管理,是保持电池,更是人。

  我们这个团队一直在热管理这一块做了非常多的工作,也有自己的生产线,可以做很多非标、定制的,包括民用、军用方面,都有不错的应用,包括我们给中车IGBT散热,给电池散热也都有。如果大家有兴趣,我们可以私下交流。如果有一些合作和未来的设想,我们可以共同探讨。

澳门永利集团888贵宾厅,澳门永利集团888贵宾厅网址,澳门永利集团888贵宾厅官网
澳门永利集团888贵宾厅,澳门永利集团888贵宾厅网址,澳门永利集团888贵宾厅官网 网站地图 版权所有 © copyright 2007-2015 山东 澳门永利集团888贵宾厅网址 数控机械有限公司