创为新能源杨济伟:动力电池热失控可提前感知

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  • 发表于: 2019/11/21 15:50:05 来源:车云网

创为新能源聚焦到整个技术的很细小细分领域,动力电池的热失控监测预警。

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,创为新能源车载产品事业部总经理杨济伟发表了演讲。

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以下为演讲实录:

各位专家、各位来宾大家下午好,非常感谢主办方车云网的邀请,今天非常有幸跟大家介绍一下创为在电动汽车动力电池失控预警及防护技术研究方面的问题。创为是2012年开始立项研发动力电池热失控这项技术,当时国内新能源汽车还没有高速发展的阶段,我们摸索着最狭窄的技术领域来探索,创为新能源已经聚焦到整个技术的很细小的细分领域,就是动力电池的热失控监测预警,我们公司专注于新能源汽车动力电池,安全防控领域解决方案,提供与实施。公司经过这么多年的发展,在业内也取得了一些小的成绩,产品从2015年开始装车到现在,整个产品在线应用已经达到30多万套,这个量还是非常可观的,公司这么多年随着技术的发展,国内一些技术标准也在不断完善,在行业的发展过程中,公司也对行业标准发展做出了一些成绩,我们参与的一些标准,第一项是交通部的部门标准,新能源客车电池舱监测及预警装置,这个标准现在已经进入到审批阶段;另一个标准就是储能系统火灾预警及消防防控系统,这项标准现在也已经通过最终的定稿进入到审批发布阶段,我们还同时参与了北京、山西以及中国船级社其他标准的建设,这几项是主导的,还有其他的十几是参与的。

下面进入我正式的汇报,主要三方面,第一方面目前关于电动汽车安全法规的现状,第二个就是我们公司在热失控研究方面一些小小的成绩,第三个现在整个技术方案及产品的应用情况。

目前国内的法规现状是这样,这一项技术最初的应用是从公交车、商用车领域开始推广的,因为它毕竟属于公共交通安全项目,一旦出了事故影响巨大,所以在2013年营运客车划分等级评定的时候,还有888这些标准里边都做了一些修改,要求纯电动客车和混合动力客车装配动力电池箱专用自动灭火装置,后期在这几年一系列的标准法规出台以后,对这项强调越来越严格,今年年初颁布的GT1240标准城市公共汽电车车辆专用安全技术标准,电池箱应该配备热失控预警、火灾报警、火灾抑制功能电池箱标准,还有强制执行的标准,国标7258,机动车运行安全技术条件,车长大于6米纯电动客车、插电式动力客车,应能监测功能状态,报警后一分钟内电池箱外部不能起火爆炸,为什么出现这么多标准来强制,主要还是因为新能源是国家的战略方向,国家有大力的补贴政策,最初的新能源车的推广都是在公共交通领域,后来面临新的情况,为什么乘用车领域没有这样强硬的标准来应用,网约车有新能源车的运营规范,从运营单位或者政府主管单位,对从事网约车、运营车纯电动乘用车相应的技术标准或者规范,我觉得可能会提到日程,为什么这么说?纯电动车起火事故不是我们可控的,按现在媒体的报道或者实际的召回情况,它的比例应该是远远大于万分之零点二,应该在万分之二甚至更高的比例,一旦在国内各个城市,新能源乘用车大面积批量推广,而且连续的续航里程,连续驾驶,出现安全隐患的概率会很大,所以下一步的标准,我们决定在乘用车领域、运营方面会有一些补充。

这些标准目前在国内应该是得到了地方使用,各地公交公司,各地运营单位,包括各主机厂的响应,这个产品和技术的配置标准,装车比例越来越高。2015年是这一市场开始爆发,到了2019年现在整个装车比例越来越大,无论从外部还是企业内部都将安全技术标准提高到了新的认识层面,从被动接受到主动的控制。还有三项正在制定的强制性标准,电动客车安全要求,大家都知道起火爆炸不是瞬间发生的,是有一个发展的过程,所以对于前期的危险信号的侦测、探知是最重要的,我们的技术也是从这个需求来提出来的。电动汽车安全要求,电动汽车安全就把乘用车商用车所有纯电动的车辆,包括在内了,通过明显的信号生活、光信号提示,这个在BMS或者其他的功能实现,BMS相对于热失控技术有明显不同技术领域,是互补的,不是可以替代的。电动汽车动力蓄电池安全要求,电池包或系统进行热扩散成员保护分析和应用,应该达到这些技术标准。

2019年3月,交通部标准1240城市公共汽电车车辆专用安全设施技术要求,第一个监测预警功能,第二个火灾抑制的功能,发生初期火灾的时候,有暂时的抑制,可以让人员疏散。当发生热失控后,电池箱灭火装置应确保热失控发生内5分钟没有发生电池箱外部起火爆炸,需要主机厂、电池厂各方面的努力,如果配上我们的技术,他们安全率肯定提高很多。电池箱灭火装置应符合10.2、10.3的要求,自动灭火装置均能实现自动启动功能,现在装车的电池箱火灾防控装置一旦发生报警信号,整个整车高压断电,你都不可能再继续高速行驶,必须靠边来检修,也保证了人员的安全。还有新能源公交车辆应具有超级电容泄漏检测报警装置,这块应该说是非常重要的,刚才各主机厂都讲了很多的安全防护装置,这些都是必须的,但是电池的使用不是一个短期的过程,是长期的过程,有些时候要使用5到8年,更多质保8年,在使用过程中会老化,老化就会出现特别的一些征兆和信号,电解液的泄漏就是比较普遍的现象,如何及早侦测和探知有电解液的泄漏,对于保护安全是非常重要的措施。后边还有团体标准,整个中国机场都在进行油改电,所有进市场车辆设施必须要求强制加装电池箱火灾防控装置,上海市正在起草物流车选型规范,要求进上海市所有的物流车,必须强制安装这种电池箱火灾防控装置,所以我们这些市场的发展趋势也都是大家需要提前来感知的。还有旅游景区客车类型划分机制,也把这项配置加入到里边。

在去年的时候,应急管理部消防产品合格评定中心,对电池箱火灾防控装置产品进行了市场准入进行技术鉴定工作的通知,前些年在创为新能源进行研究的时候国内还没有接入,随着2015年、2016年、2017年这今年蓬勃发展,整个市场水平良莠不齐,国家应急管理部对这个进行了规范,他要求电动客车采用危险源探测产品,危险源就是出现了一些烟雾气体温度,还有电解液气体,进行数据信息的汇总传输、联动、反馈装置、声光报警等,由沈阳消防所检测中心承担探测预警模块检验工作,由天交所进行灭火抑制部分的工作,通过这两个所的检验,才会下发这个证书,我们是国内第一个拿下这个消防产品证书的企业。

刚才讲的国内正在做的一些法规的要求和进行的法规的立项,下面创为在热失控领域研究方面做的一些工作,大家知道世界上没有任何一种事物是绝对安全的,任何事物都潜伏着危险的因素,尤其是整个电池PACK,包括几百只电芯到几十个模组,电芯做的非常完美,模组到了非常完美,到了PACK上仍存在隐患,所以我们要系统的进行管控,进行识别,都要进行立体的防控,对事故进行准确安全的设计。热失控的发生发展过程在这里就不多说了,过充、过放、内短路,触发的因素比较多。这是参考借鉴清华大学、国内外专家教授研究的资料,我们不是研究动力电池热失控怎么发生发展,我们要研究它的发生或者发展过程中出现的特征信号,一些危险的征兆,我们如何识别这些征兆,如何抓住这些信号,进行有效的预警和防护,这是我们要做的一些工作,从最初进行的温度、气体、烟雾的几项探测,后期知道烟雾、气体温度,知道浓度超标或者哪项参数超过的时候会报警,但是不知道这些气体是哪一类,或者说哪一类占什么含量,随着这几年产品更新迭代,我们对气体这一块研究就不断的进行了深入的深化,热失控的时候会产生哪些气体,首先进行一个定性的研究,我们锁定哪些危险源,哪些气体是热失控发生的信号,比如氢气、一氧化碳、乙烯等,明确了这些信号以后,我们进行了大量的实验,要对它进行一个定量的研究,气体泄漏释放产气,正常状况下每个PACK里面气体成分是比较稳定的,含量比例也是相对固定的,一旦某几项危险气体参数值超标,超过正常的范围就是危险的信号就需要报警,所以公司在这方面做了很多热失控的实验,与国内各个电池厂来来回回反反复复,四五年积累了有几百次热失控的实验,也汇总了各项数据,无论是磷酸铁锂、锰酸锂,包括三元锂,我们也做过一些这样的实验。

2016年底我们自己做的热失控实验,后期还有做了一些类似的实验,气体定量的分析,为什么做这个定量分析,因为整个装置的设置有一个定性定量的研究,然后我们才反向的进行传感器的选型和设定,选取更有效的传感器进行侦测,同时为防止误报一些现象,对电池箱内一些包材、塑料其他的成分,也进行了一个测试,因为在热失控监测预警上最大的坑就是误报和漏报,有了误报和漏报,就会造成相应的误动作,误动作带来的危害小则一两个电池包的损害,多则造成人员恐慌,影响非常深远。因为我们这套电池箱火灾防控装置是一套系统,一个解决方案,不仅包括监测预警还包括火灾抑制,所以进行热失控实验的时候我们也做了很多实验,反反复复,这种实验效果总体情况就是单个电芯、两个电芯,这种情况两次起火是可抑制的,一旦发生复燃和蔓延,只要是大规模的起火是一定灭不了的,锂电池的特性一旦起火不可控。

所以说基于前期对热失控的实验包括火灾抑制方面我们做了大量基础研究,对一些气象参数、烟雾参数、温度参数,公司在研究方面都有相对成熟的技术沉淀。最终形成了基于气体参数、烟雾和温度参数的电池热失控预警模型,是防误报、漏报,我们核心技术就是由这两项模型独立,就是创为锂离子电池热失控模型,发生的预警案例也证明了有效性和先进性。

这个核心技术最主要的一项就是防漏报和误报还有提前早期预警,所以他们最重要的价值就是在火灾没有形成热失控,或发生的早期,有一些征兆的时候就能探测到,不是得了大病以后再报,而是感冒发烧的时候就给你信号要调整休息了。所以在这一块技术优势,从硬件上,在传感器标定、智能算法、休眠次数低功耗以及可靠性上,还有传感器的失效机制上,公司进行了大量正向开发和研究,我们的产品从CW1160-01、02、02A、06A,产品现在已经迭代升级了四次,现在主要在售的就是第四代产品06A,从去年年底已经启动了新一代产品初步研发,估计到明年可能会推向市场,产品主要应用比较多。

目前宇通、中通、比亚迪、中车国内前十的这些客车主机厂我们都是系统的供应商,在电池企业以宁德时代为代表,我们经过长达半年的各项系统测试,进入了宁德时代官方供应商系统,我们与它合作了3年多,随着锂离子电池热失控模型核心技术成熟,我们又将这些技术随着锂电池应用的扩展转化到电化学储能上,我们也做了非常多的项目,包括国内的南都、中天、长城蜂巢和江苏的电网,都在大量的采用创为的这项技术和配置。公司现在所有的授权的发明,包括软件著作权都是自主开发,具有自主知识产权体系,也通过了好多国家的测试、验证,刚才讲了消防产品技术鉴定证书是国内第一家拿到的。

产品可靠性和技术先进性的成果体现,有一些热失控的预警案例,从2016年年底到2017年到现在,我们每年有一些售后维护的案例,我们自己内部讲叫售后案例,其实对于企业来讲就是事故,我们这个都是隐去了企业、地名和时间的,今年6月25号黄山公交发生了一起公家车辆报三级预警,最终检测出来整个里边有一段线路短路烧焦了,这种情况下内部的BMS或者其他是无法感知的,我们及时感知出来,还有在其他地方都有这样的预警案例,因为牵扯到合作客户太多的信息,没法在这里详细交流汇报。到现在我们预警案例实实在在的解除了危险的,有将近200起,国内有实实在在预警案例,能拿出来对外公开讲估计就是创为一家了。

我的汇报就到这里,谢谢大家。

 

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