華霆動力袁承超:圓柱型動力電池PACK系統設計及其BMS性能優化

2017國際電動汽車動力電池產業發展與技術創新峰會於8月25日在江蘇省張家港市口召開,本次峰會以“供需協同與技術升級”為主題,圍繞“技術開發與性能優化”、“整車配套與選型需求”、“動力電池回收與梯次利用”三大領域開展為期兩天的深入探討。

華霆動力袁承超:圓柱型動力電池PACK系統設計及其BMS性能優化

在26日舉行的“整車配套與選型要求”主題論壇上,華霆動力機械總工袁承超做了題為“圓柱型動力電池PACK系統設計及其BMS性能優化”的主題演講,以下為演講實錄:

今天我主要從結構方面PACK設計。圓柱電芯我們歸納一下,因為是最早的,很多業界的朋友都問我圓柱、方形、軟包選誰好。這是一個非常複雜的問題,我也不能全面系統的去回答,我只能簡單的說一下優勢和劣勢,首先是自動化、單體能量密度高,單個容量小,有利於系統安全控制。正因為單體比較小,便於我們的空間的利用,因為我們大部分的汽車的電池包的包裝空間都是不規則的,特別是我們燃油車。

單體的安全性和發熱量,還有循環壽命相對較差,這是弱點,也是我們以後的技術瓶頸,還有就是焊點多,焊接質量要求高,對工藝、設備及過程控制有較高要求。所以說這個對我們生產工藝的要求非常苛刻,如果這個不解決,我們討論圓柱的優勢就是無本之木,沒有任何基礎。

我們做了這麼多年電池的佈置,跟各大主機廠佈置過各種車型,總體來說各家的車型包絡都是不規則的。所以我們的PACK充分的要考慮到整車的實際需求,儘量把空間利用到最大化,還要保證安全,所以這個模組沒有一個是規整的,這也是目前對軟包一個比較明顯的優勢,這個是我們的關於模組的基本結構,為什麼講這個,它的一個強度為什麼這麼好,因為鋼殼起到承載作用形成一個整體,上下都有各種部件拉成一個整體,是高於同等能量密度的方形的。然後我們的成組就是要絕對的保證成組過程中機械、焊接、外力各種擠壓不能對電芯產生任何損傷,這是我們做過的掃描和仿真。

圓柱就是一個小容量多並數,都是對系統的質量表示一定的質疑,我們要18650現在通常至少是50並以上,如果做大巴需要100並都有可能。

在單體失效可以有效監測的條件下允許一定的範圍的電池系統是帶力運行的,這個主要保障乘員的安全。不能因為電池失效了在行車的狀況下是不安全的。

然後我要講的是熱管理,從目前來講的話,我認為是圓柱電池最大的難題。包括以後走入了高比能時代,方形和軟都會碰到這個問題,為什麼特斯拉在3.0單體的時候一開始就複雜,目的就是熱管理的問題,為了壽命。從目前來看熱管理的方式有自然的、風冷、液冷,我自己認為是風冷是尷尬的,基本上沒有太多的空間可以發發掘。液冷就成本的考量,是一個比較頭疼的問題,因為現在從行業裡面都是降成本的呼聲,我們現在面臨的壓力也是非常大的。

這個是我們這幾年做了一點核心的東西,就是說熱失控從理論到規範都講了很多的,我們從七年前開始,就把熱失控拉入我們的開發設計流程,制定很多熱失控的方法。這個是我們自己家做的模組級別的熱失控,測試方法和剛才的專家們講的是一樣的,只是說我們在小單體上做的成功率比較高,但是這裡面涉及到很多的模組的細節,包括電芯定向的爆噴,其實這裡面花的工夫還是很多的。

這是我們做的整車級別的熱失控,這個是我們實實在在整車上去做的,我們為什麼要耽擱模組同時引發兩顆呢,通常情況下單點失效,我們把等級提高了,同時引發兩顆,這樣從PPM上講,就是PPM的平方,如果這種級別我們仍舊能熱失控不擴散,我們的安全等級就相當高了。

這是我們做的模擬,包括清華也都做了很多探討,對我們的優化設計提供指導作用,因為我們不可能盲目的去試錯,所以在這方面我們的模組設計也是得到了很多專家指導和支持,包括我們和中科大的火災實驗室也在配合這方面的方面。

這個是熱管理,一般我們要和整車來進行對,如果不定好規範我們的電池包是沒辦法開展的,你的熱管理的整體定位是什麼樣的,你整車上要給我配備什麼東西,你的整車的能耗夠不夠,比如說液冷還有強度比較高的,通過氫的,也有通過車輛散熱器的,這都需要整車給我們輸入。

這是我們安全上面做的一些東西,整個是安全監控、安全保護,還有我們的功能安全方面的東西。整個我覺得對於圓柱電池,認知度在行業裡面沒有軟包和方形那麼高,我認為和這個圓柱電池的特性,目前還不能滿足很多主流車型的需求,也和我們在圓柱電池成組的創新上,目前還做得不夠,所以說我們現在在成本、安全和能量密度上怎麼樣去和軟包和方形去一決高下。

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