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北汽新能源代康伟:如何开发一个安全可靠的电池产品

时间:  2019-10-10 11:24  来源:  汽车总站网   作者:  Autumn

为应对电池安全这一全球重大挑战,推动电池安全领域的国际合作,美国能源部(DOE)和德国科学教育部(BMBF)及相关国际知名学者发起了国际电池安全研讨会(International Battery Safety Workshop,IBSW),并相继于2015年在德国慕尼黑工业大学、2017年在美国Sandia国家实验室,成功举办了第一届和第二届国际电池安全研讨会(IBSW)。2019年10月8日,第三届国际电池安全研讨会在北京召开,大会由清华大学电池安全实验室主办,会议主题是“为电动汽车制造更安全的高比能电池”。

8日下午举行的电池安全技术峰会A上,北汽新能源工程研究院副院长代康伟发表了主题演讲,以下为演讲实录。

各位专家,各位朋友,下午好!首先非常感谢清华安全实验室邀请我参加这次电池的盛会,也有机会在此分享我们北汽新能源在电池领域做的一些开发的工作。我来自于北汽新能源工程研究院,主要负责电池、电机、电控的研发工作。下面来展开我的报告。

我的报告分为四个部分:

首先,请允许我简要的就我的公司做一个介绍。

北汽新能源成立于2009年,是北汽集团下属一家致力于纯电动乘用车开发的企业,迄今为止我们已经有40万辆纯电动汽车销售的记录,也是连续6年在纯电动乘用车领域市场占有率第一的一家企业。

随着新能源汽车保有量的增加,包括近几年电池的安全,已经成为用户关注的突出问题,如何开发一个安全可靠的电池产品,成为新能源汽车行业发展的一个重要关键。对于我们北汽新能源来讲,Safety这样的话题,成为我们整车、电池系统最为重要并且优先级最高的参考指标。

做了哪些工作呢?从今年9月20日,我们在天津中汽研发布的全球首次的三车联合碰撞开始进行展开。视频上已经有了一个回顾,我们的B车辆在X方向135个G的加速度、120毫秒的碰撞的同时,我们Y方向有一个135个G的加速度、120毫秒的碰撞,我们的指标,不着火、不爆炸、并且电气安全功能正常,在紧张的工作之后我们完成了这个挑战。

挑战的背后我们从零部件级、汽车级有四层的保护,在整车的碰撞安全设计过程中,我们把电池设计成和整车的乘员舱一样是安全不可变形的区域,我们在电池周围设计了我们的过渡区以及可变形区,为了吸收当车辆碰撞时可以一定程度上来降低整车的碰撞强度,这是我们的第一层整车级的保护。在第二层我们的PACK级,采用了高强度铝型材的箱体设计,结合了我们拓补设计的优化点,确保我们PACK级有第二层的关于强度的保护。第三层是我们电气功能的保护,首先通过关于把BMS、BDU等高压切断装置的电气部件优化在电池包的中心,用来确保当整车碰撞时我们的电气系统不至于受到过多的损坏,确保它的功能正常。同时我们把相关的碰撞信号以及相关的异常监测的信号引入到系统里,来确保我们的电气在出现异常情况时能够主动的切断我们的高压装置,来保护我们成员的安全。这次在天津整个的实验中,我们的电气系统也完美的实现了保护的功能。第四层在模组级,首先我们采用的高强度的铝型材的模组设计,跟普通的铝型材强度比的话有35%的强度加强,同时我们在电芯与电芯之间、模组与PACK之间也设置了隔热的缓冲区,当车辆受到挤压时,我们尽可能在一定程度上确保我们的电芯不至于受到挤压,来确保我们电芯使用的安全性。以上四个层面的保护,确保了我们整车电池系统碰撞安全的保护,在电池系统的安全上碰撞只是其中的方向之一。

今天下午王老师也提到,在整个使用情况中,其实基于消费者极限情况下电池安全的保护,一定程度上在实际使用过程中会给用户带来安全的保障,我们在极限应用中,考虑到用户的一些比如说极限的过路障,包括抵补极限的球急,我们在自己的企标里也设置了相关的底部防护的测试、剖切的测试,以及相关两端球击测试,通过以上标准的提高,确保我们的电池装到消费者车上之后,在极端的应用场景时我们的电池安全得到较高程度的改善。

在不同的使用环境下,比如说高温、高湿,包括高烟雾的环境下,我们也加上了我们企业验收的标准,来确保我们的用户长时间在这样的环境下使用的安全性。

热安全的验证中我们从两个方面,第一个方面,外部的火烧,我们内部定的是800度的温度下火烤20分钟,已经远超国标数十倍。第二个领域,在内部的热失控、热扩展领域,我们联合了行业内优质的一些资源,现在在做一些热扩展路径的分析,以及热扩展阻断技术的研究,以期未来真正发生热失控的时候有较长热蔓延扩展的时间,来给成员一个足够的逃生时间。

在高压电安全领域,我们通过多点的高压监测系统,来确保我们整车上所有的高压连接部位都能够得到监控,我们的整车绝缘监测系统的建立能够确保我们所有的绝缘失效模式下可以被监测,同时我们的主动和被动的放电技术可以确保我们的整车主动和被动的切断高压时可以立即的将参与的电压进行泄放。

针对复杂环境下EMC的场景,我们也建立了完整的开发体系,我们在系统层面布局了仿真和测试相结合的技术,用于支撑我们来优化相关的零部件的布置,同时通过端口的铝箔和保护的技术,以及我们针对零部件、EMC相关的一些技术的研究,一方面降低我们零部件级电磁的发射,另外一方面,有效的提升了零部件级电磁的抗干扰能力,确保我们的整车路过一些非常复杂的电磁环境,比如说交通站、充电站等等这样一些环境时我们所有的电控系统的通讯依然可以保持一个比较好的通讯状态。

好的产品背后也要有一个严苛的测试体系的保障,今年7月份我们投入的使用中心二期,丰富的电池,不管是从电芯到模组、到PACK级相关的一些实验设备的投入,能够确保我们在相关的一些低危测试的过程中有足够多的实验资源支撑细化我们的测试环境。从我们展示的2.0的DV测试(音)项已经远超当前的国标项,明年会升级成我们的DV 3.0(音),3.0里面可能会在现在的基础上进一步的提升和细化我们的测试项目。

在公路安全领域,我们在2015年6月份开始布局我们整车电控的ISO2626的标准,在软件层面,我们通过三层的安全软件架构,包括多核的功能层,功能的监控层、监控的保护层,确保我们软件运行的安全。同时硬件层面,我们通过关键链路双冗余的悲愤,确保系统级、产品级实现SOC级产品的最终设计要求。在2017年年底,我们联合了德国莱茵,一起完成了我们基于电控产品开发流程ISO D级的认证,以及VCO、BMS等三个产品的认证。同时我们今年的上半年完成的ASPICE LEVEL 2软件过程的认证,有效确保了我们整个软件开发链条过程中的关键性,确保我们BMS产品的可靠性。

随着智能化、网联化的开发,车辆不再是一个封闭的系统,目前我们北汽新能源车上实现了FOTA包括无线充电、遥控驾驶等等一些技术都要求我们整车的车辆端和我们的云平台和终端进行打通,这个过程中也建立了相应的基于概念、开发、运营、测试等全生命周期的开发体系,目前我们也在联合国内安全检测的机构,联合对我们的整车进行测试,加强我们整车级的信息安全相关的一些保护。

与此同时,我们也和行业内很多优秀的合作伙伴一起展开方方面面的合作,同时也跟清华欧阳老师的团队进行电池安全方面的预警和性能的挖掘相关的一些产品的开发,同时从电池到整车,从开发到测试,我们也建立了一个完整的闭环的开发环境,来确保我们将来能够开发一个更安全、更可靠和更有竞争力的电池产品。

以上是我的报告。谢谢!

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