清华大学陈全世:动力电池是新能源汽车核心

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  • 发表于: 2019/11/21 14:33:08 来源:车云网

新能源汽车和电池的安全至关重要,它关系到人民的生命安全,而动力电池是新能源汽车核心。

11月20日-21日,由车云网主办,电动邦协办的“2019中国安全产业大会暨第三届交通安全产业峰会”在广东省佛山市召开。本次峰会以“安全出行 智享未来“为主题,下设新能源汽车安全专场、新技术安全专场以及智慧交通安全专场三大分会场。来自产、学、研等和出行安全相关的企业代表齐聚佛山,共同探讨新四化背景下汽车行业产生的安全新问题。峰会期间,清华大学车辆与运载学院教授、中国汽车工程学会电动汽车分会名誉主任陈全世发表了主题为《新能源汽车及动力电池包的安全性》演讲。

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以下为演讲实录:

各位领导、各位专家,下午好!非常荣幸有这个机会和大家讨论电动汽车和新能源汽车的安全问题,目前这确实是一个大家都在关心的问题,因为从我来说,搞了一辈子汽车,汽车的性能有四条,第一是安全,第二是快捷,第三是舒适,第四是经济,安全放在第一位,如果交通工具不安全,我估计没人去坐,因此安全是很关键的问题。

刚才主持人说去年夏天到今天夏天确实是电动汽车着火事件频频发生。我是1985到1991年开始做电动汽车,当时1995年项目要验收的时候我们做的中巴,领导看过后准备写验收材料,1996年3月10号下午一把火着了,实验数据也在里头,当时正是两会期间,那时候还是铅酸电池,北京市的安监局和公安部的安监局两个领导找我谈话,我们判断这是敌人在破坏国家重点项目,又是在两会期间,出现这个问题,大家看今天就咱们三个人,你怀疑什么人,谁对我们国家不满,你周围的人,谁对学校不满,谁对你不满,我当时是系主任,我马上就否认,我说绝对不是因为这种事,是技术出了问题,当时铅酸电池,我们的辅助电池出了问题,打铁的线和正极的线搭在了一起,这是最大的问题,当时出现这个问题了,但是项目就要验收了,却什么都没有,项目到底怎么办?实验报告也没了,关键是车都没有了,怎么验收啊?5月30号再不验收,八五项目就要进入黑名单了,我就再也不能担任国家任务了,这是非常严峻的问题,我当时非常焦虑,考虑了一天一夜,第二天早上起来,我说我要再拼一把,从3月15号到5月15号两个月做出3辆车,5月25号要把实验做完,5月29号验收,当时大家觉得不可能,你做3年搞了一辆车,现在要两个月搞3辆车。包括我们汽车司的司长给我打电话说,陈院士这个是天灾人祸,非个人人为,你算了吧,这事不可能,我说我还是得再拼一把,他说如果你真做出来了,我给你当验收组的组长,我什么都不干。后来那两个月我们很少睡觉,所有的人一直干,一直到5月15号做出了3辆车,每个车要跑1000公里的实验,然后再做性能实验,25号实验全部做完,当时国家教育部都参加了现场的验收,29号开的验收会,张司长亲自出席的,好在那个完成以后,国家纪委说看来清华还是很不错的,29号我们把验收全部做完,5月30号把报告报上去了,就画了一个不太圆的句号,但还是可以的,因此我今天讲的有这么几点。

 一个是国家对新能源汽车产业的支持政策,昨天在长沙也开了个会,简单的讲一下,给大家信心。我们国家的最高领导人今年7月2号博鳌举行的全球新能源汽车大会上的祝词说,当前随着新一轮科技革命和产业变革的兴起,新能源汽车产业正进入加速发展的新阶段,不仅为各国经济增长注入强劲新动能,有助于减少温室气体排放,应对气候变化挑战改善全球生态环境,中国坚持走绿色低碳可持续发展道路,愿同国际社会一道加速推进新能源汽车科技创新和相关产业发展,为建设清洁美丽世界,推动构建人类命运共同体做出更大贡献。

第二个工信部部长9月20号讲坚持发展新能源汽车国家战略不动摇,推动汽车与能源、通信产业加速融合,大家不要把新能源汽车光看成是电推动的汽车,绝对不是这样的,我们有战略的。另外人民日报发文,新能源汽车的发展要有一年一个台阶的成就,也有一年一道坎的挑战,到2020年底前,将补贴全部退出,新能源汽车进入一个结构调整动力转换的新阶段,车企需要面对市场洗牌的大考,这是重要的问题。另外看一看当补贴退坡,创新要进行上坡,技术创新每前进一步,安全保障必须上一个台阶,行驶安全才是消费者关注的头等问题,这个事国家讲的很清楚。关于新能源汽车安全问题,博鳌会商国家市场监督管理总局质量发展局王局长全面介绍车辆缺陷召回的工作,新能源汽车共召回了12.3万辆,但是他强调,没有证据表明电动车比燃油车风险更大,或者说更不安全,电动汽车的风险是可控的,召回主要是由于三电功能故障导致召回,其中设计原因占40%,制造原因占60%,起火时车辆处于停止状态占56%,在充电过程37.3%,解决的办法就是严格监控保护消费者的安全,同时要对新技术、新材料、新工业发展做一个推动,这是很关键的问题。另外看日产凌风41.5万辆电动车,可靠性就非常之高,保证无重大交通事故的记录,主要是它的一些设计、实验做的很周到,甚至2011年福岛地震的时候有20多台车被海水淹没,无一发生起火事件,新能源汽车安全是设计出来的,是精心制造出来的,也是严格检测认真维护保养的结果,随着四个环节做好,才能保证新能源汽车的安全,安全问题是一个综合性的问题,从设计、制造、检测、认证一直到维护保养,这是一个很重要的问题。

动力电池是新能源汽车的关键,动力电池是它的核心,电池有三个级别,一个单体电芯、电池模块,还有电池包,现在有人说无模块的电池,直接做出来就可以用,但现在这只是一种想法,大批量高精度智能化生产方式进行,电池模块与电池包基本是整车生产商,按照整车性能、布置方式以及各种要求进行构成系统,电池包一个是机械设计,外形、强度、刚度、密封性、防尘防水、碰撞安全性,电量的管理、电磁兼容,还有电池热管理,包括热流体、散热是电池安全的重要屏障,因此电池包是非常之关键的东西,它对安全、对电池的效率都起了很大的作用。

我们看到特斯拉的电池中间有一个东西,中间是走液体的,热管理包括在常温下循环系统是起到对各个单体电池散热,这个系统设计的很好,但是成也萧何,败也萧何,它做起来很困难,这个系统怎么做产业化,怎么做机械化,之所以特斯拉的产能跟不上去,与这个有关系,没法工业生产,据我的学生讲,这个系统做起来大概在美国花人工费将近一万美元,8000多个电池拿里边的东西连起来,还得绕180度转弯的地方,不能瘪,很薄,0.8毫米是很难加工的。另外看这个系统,包括我们觉得三种电动汽车,这是纯电动,还有插电式混合动力,动力电池都是必不可少的,另外这是燃料电池,实际燃料电池叫变电混合,燃料电池增程式,有一个比较大的变电组,我们最早提出这个方案,2008年奥运会的时候我们引进奔驰公司纯粹是燃料电池,我们是80的燃料电池,燃料电池加速、爬坡就可以用电池来进行,而且在制动能量回收的时候,在怠速的时候,燃料电池继续发电,这个性能是最好的,目前全球用的都是这个系统,都是由蓄电池组的。插电式混合动力一定是电池,这是叫增程式的系统,增程式实际也是串联式的把电池组搞大,电池是新能源汽车最关键的地方,无论是纯电动、燃料电池还是混合动力,插电式动力电池、一般混合动力也有。现在价格已经降到一块钱一个瓦时,最早十五期间做的时候是四块五一个瓦时,而且比能量提的比较高,现在大概单体可以提到200多,燃料电池发展很快,锂离子动力电池技术研发,从钴算锂、锰酸锂现在到了三元,现在主要用的532和622,高镊811比较高,因此动力电池的发展还是必须快的,但是还有几个问题,目前需要攻关的第一个是它的寿命,能够有多少次,第二个是安全性,它的隔膜,它的电解液都是要重新去匹配。

另外就是汽车对动力电池的要求,要求它比能量高,还要求充电快,这是一个发展的速度,比能量确实在提高,2018年单体比能量到230,2019年达到260,2020年能不能达到300。电池容量要提升,能量密度要提升,要考虑它的循环寿命,要考虑热管理,整个安全寿命性能都与整个电池包的设计、制造有关系,电池包的系统结构设计,电池包的热隔离设计,锂电池灭火设计,电池包的防爆设计,电池包的结构设计还是很关键的。另外关于轻量化的问题,不能重量占的太大,强度、刚度、密封性,还要重量轻,因此这是很关键的问题,还需要做很多工作,要开模具,要和整车厂、电池厂密切合作,电池出问题是热失控,电池运转过程中肯定产生热,这个热如果不及时到处就会产生叠加效应,一个电池热失控以后就可能殃及旁边的,发生爆炸起火,因此三元材料、镍的含增加,造成热失控的因素包括过热的触发,过充的触发,内部短路、机械触发,通过热管理系统设计、电池管理系统设计,在结构设计预防热失控的发生。我在2000年发现这个问题,我当时的一个博士生在立项的时候,我说你干脆搞电池热失控,我一个学生在做实验的时候,把镍氢电池充电就着了,就喷火,那学生说怎么办,我说这是小电池包,你去拿个灭火器就灭了,如果是大电池包咱们俩就逃跑吧。接着我的博士开题,我说你做这个,博士生过了一个礼拜找我,这题没法做,我搜了一下网上搜不到任何参考资料,那是我们系里最优秀的一个学生,我说给你两个选择,一个你把前面开题报告总结总结,拿个硕士论文毕业得了,第二条你看你能做什么,够博士资格,而且我又指导得了你,你搞癌症、搞航天不是我的事,我说你看看两条路,一个你离开我的课题组,再一个你干脆就写个报告别干了,直读博士已经读了两年半,再有半年时间就可以硕士毕业,因为他觉得这样很丢人,还是下决心往下做。2005年那个题目做出来了,发了匿名评审的时候,很多国内专家评了个C,说这是个伪命题,他搞热管理是错的,最后那个学生拿着那个东西就哭,我说他不是说你,是说我,这个题目是我出的,我虽然不知道那个人是谁,肯定是搞铅酸的专家,我说你发到863专家组去评审,后来给我打电话,说这个文章很好,后来我的另外一个博士生接着往下研究,但是很遗憾他们两个人现在都从政去了,2012年毕业的最后一个博士生现在都已经当县委书记了,因此我觉得这个问题还是需要研究的。

动力电池管理系统确实是非常的复杂,有电管理、热管理,各种各样的问题,我们要重视这些问题,要从机械设计、电器设计、热流体各方面去做,现在还有一个问题,我们国家单体电池的标准已经很全了,但是电池包的标准还不是很全,我原来是电动车标委会的副主任,现在担任高级顾问,我只是有提建议的权利,去把电池包的标准制定出来,这是我讲的第二个问题。

最后结束我的讲演,新能源汽车和电池的安全至关重要,它关系到人民的生命安全,动力电池是新能源汽车核心,正确处理安全性、可靠性与性能以及成本的关系,是动力电池产能发展的根本,新能源汽车动力电池是设计出来的,精心制造出来的,也是严格检测认真保养的结果,只有将这些不可缺少的环境做好,才能保持新能源汽车和电池包的安全,在汽车产业进一步发展中,要将技术研发和市场调研在首位,将专业制造分享出去,推进技术管理体制和模式创新,我今天就讲这些问题,我们还是要重视电池包,现在大家看到这个问题,但是从行政上,从技术上要认真的去对待,尤其是在设计上,在制造上,在检测上,另外要及时的制定维护保养规范,不然再过几年,一开始形势挺好,再过几年电池包没人去维护,肯定要出问题,可能就不是目前这么火,比现在还火的厉害,可能到夏天着火的更多,因为有的电池已经老化了,如果不及时处理,可能会出问题,我以上讲的不一定对,请大家批评指正,谢谢大家。

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