我国电动车用动力电池测试技术的发展

中国电动车用动力电池的测试认证技术的发展,中国北方车辆研究所国家863动力电池测试中心王子冬,演讲者：王子冬,研究员工作单位：中国北方车辆研究所（201所）经历：1982年毕业于北京理工大学车辆学院，研高工。1992年-1993年在日本学习，1994年回国后担任北方汽车质量监督检验鉴定试验所常务副所长2002年至今,担任国家863电动车重大专项动力电池测试中心主任，现在担任科技部863计划十二五电动汽车重点专项项目的责任专家。现在受国家发改委、工信部和科技部的委托，主要负责电动车用各种动力电池的测试、评价和产品认证工作。联系电话80113611093981Email：wangzidongd,题目,一.目前动力电池的发展面临的问题二动力电池产品认证技术的发展,能源危机与能源安全是当前世界各国面临的严峻挑战改善能源结构，实现能源多元化是国家发展的必然选择,中国石油对外依存度：93年起进口，06达47.0%，2020年将达60%，超过美国（50%）,4,马六甲海峡：承载全球原油50%、世界贸易30%、中国所需约80%运输,温室效应与城市空气质量环境迫切要求清洁绿色能源,近100年中国年平均气温升高3.06.0,我国大城市大气的主要污染源：5090%汽车排气污染（CO、HC、NOX）电动汽车排放比传统汽车降低30%以上,5,用户对电动车的要求：,主要的电动车技术,根据对内燃机驱动和电池驱动的依赖度不同，电动汽车可以细分为多种技术解决方案。,其中，插电式混合动力电动汽车（简称PHEV）是在电池技术尚不能满足行驶里程要求时的过渡性解决方案。,电动汽车发展对动力蓄电池的要求,现代电动汽车分类,Noconsumptionofstrategicmaterials,HighSafety高安全性,GoodenvironmentalCompatibility环境适应性,Resistanttoabuse抗滥用,Notsensitivetoambientconditions敏感度,Nomaintenance不需要维护,Lowcost低成本,Longcycle/calendarlife长寿命,Fastrecharge快速充电能力,Lowself-dischargerate低自放电,Highefficiency效率高,Highpowerdensity高功率密度,Highenergydensity高能量密度,EVBattery,CharacteristicsRequiredforanIdealEVBattery理想的电动车电池要求,电动车用动力电池性能比较(重量比),电动车用动力电池性能比较(体积比),中国汽车工业协会常务副会长兼秘书长董扬在北京举办的“2010年中国汽车市场发展趋势论坛”上强调说:,需要正确认识我国新能源汽车研发水平的现状。根据中汽协组织主流车企进行的大量调研工作所得出的结论，我国在新能源汽车的研发方面并没有什么明显的优势，而且与世界先进水平相比还有“全面”的差距。尽管最近十几年我国政府在电动车的研发方面给予了很大支持，投入了数十亿元，但这种投入的力度和美国、日本及欧盟在电动汽车上的投入相去甚远。在这种情况下，要想使我国新能源汽车的研发水平领先于世界先进水平是非常不现实的。,董扬认为，当前所以会出现这种盲目乐观的情绪和认识，缘于我们有些研究单位为了争取政府的资金支持，为了吸引全社会的注意，把在实验室里取得的、还不知道能不能重复实现、特别是与工业化生产还有很远距离的“数据成果”与国外已经商品化的新能源汽车的各项技术参数作比较，这是非常不科学的。在此，我也提醒大家注意，我们不能把做出了动力电池，误认为我们已经有好的动力电池！,中国动力锂电池发展现状,盲目投入者比较多缺乏真正有技术实力的公司、缺乏原创技术基础材料和装备厂家实力均较弱锂电池生产大国、但非强国，利润微薄生产动力型锂电池企业未达到盈利的规模生产线设备大多较落后对质量和质量管理的理解很肤浅同行间缺乏沟通与合作，孤军奋战开发资金投入的力度不够,目前国内电池大规模生产和成组使用过程中面临的瓶颈,动力电池组的成本构成比例,车用动力电池系统需要加强研究的内容,模块和系统电性能安全性保护电路电磁兼容热管理产业化技术,测试电化学性能使用安全性寿命、可靠性环境适应性,模型研究电池模型热模型安全性模型寿命预测模型模块和系统工作模型,电化学体系正极负极电解质隔膜界面生产工艺,电池单体电性能温度特性安全性结构循环寿命搁置寿命,1开发,2评价,3提高,“十二五”期间我们做什么？,我个人认为“十二五”期间我们应该重点解决电池系统的问题，在这方面我们要向日本的企业学习，尽快开展电池成组技术的研究，通过多方位的技术攻关，保证电池组在电动车上使用的安全性和可靠性。评价电动车用动力电池系统的水平是非常重要的，它是电池生产企业技术发展路线的航标灯，指引企业向正确的方向航行；是整车企业选择动力电池的试金石，也是整车企业进入认识动力电池宝库的引路人。,3000m2评价试验室今年7月份完成土建，这样大的电池评价测试试验室，在世界上也是少有的。,为什么建评价试验室？,这也是我们与国外在对动力电池是否能用的判别条件方面的差异，我们的企业比较注重是否满足国家标准，而国外企业注重是否满足用户评价标准。我们的国家标准和行业标准是属于门槛性质的标准，通过了这个标准，也只能说明电池基本可以使用，不表示电池能够满足整车的使用要求。因为试验项目太少。这是我们新添置的六自由度振动台,有专家呼吁：,“十二五”时期中国电动汽车的发展和产业创新，重点在如何实现电动乘用车商业化突破，难点在如何提供整车、电池和能源供给配套技术解决方案，关键点在如何整合政府、科研机构和企业资源有效组织实施，亮点在如何创新构架中国电动汽车产业可持续发展商业化平台。,国外动力锂电池行业发展特点,电动车产业链全面合作成趋势：技术+资金政府层面的扶持力度大，宣传的力度大电动车产业链发展有系统的规划，从材料到充电站，到回收方案企业集中、规模大：全方位R&D(材料、设备、工艺、产品设计、BMS、系统),采用与客户一起开发产品注重原创技术开发:LFP,NMC、NCA等质量是第一要求：厂房设计+设备+工艺控制新材料研究投入大，有计划性:（短/中/长期）,竞争对手：大众XL1-新能源车，油耗0.9L/100km,这款XL1新车是大众推出的第三款希望1升燃油可供行驶100公里的概念车。达到了油耗为0.9升/100公里。这款XL1搭载的是一款800cc的双缸涡轮柴油发动机，可输出47马力的最大动力，同时还配备了一款最大动力输出为27马力的电动机，电动机所需的电力是由锂离子电池提供的。电池可在家用电源插座上进行充电，在仅依靠电力行驶的情形下续航里程可达35公里。,使用了碳纤维增强复合材料车身面板和碳纤维单体底盘，确保其车身具有轻量化和高强度等特点XL1整备重量仅有795kg，在柴电混合动力模式下，其0-100km/h加速时间为11.9秒，最高时速可达160km/h,韩国的电池企业发展迅速,LG化学将汽车用锂聚合物充电电池的价格控制在400美元/kWh以下。美国通用汽车的插电式混合动力车（PHEV）“雪佛兰Volt（ChevroletVolt）”使用的是韩国LG化学的水冷式锂聚合物充电电池模块和电池管理系统（BMS），电池容量为15Ah。电池单体的能量密度为150200Wh/kg，输出密度为30004000W/kg，价格（单元）为350400美元/kWh，寿命在10年以内。除了ChevroletVolt外，LG化学还将向瑞典沃尔沃的PHEV、美国福特汽车（FordMotor）的EV“福克斯电动车（FocusElectric）”以及法国雷诺（Renault）的EV提供电池单元和BMS。,韩国的三星集团与德国（Bosch）公司合作,三星集团（SDI电池公司）与博世（Bosch）公司2008年9月在韩国成立合资公司（SB公司），专门生产动力电池（5Ah、10Ah、40Ah、60Ah），双方各占50%，三星SDI电池公司2010年占世界19%的市场份额，2011年一季度达到23%，目前产量世界第一（第二是三洋、第三是松下、第四是索尼、第五是力神）。SB公司从电芯、模块、冷却系统、BMS、电池组都做，钢壳产品的能量密度目前是145Wh/kg。SB公司与美国的通用公司、克莱斯勒汽车公司、宝马汽车公司、印度汽车公司等多家公司开展了电动车用锂动力电池的开发和试验。三星集团拥有大批量生产制造的经验，品质管理水平比较高，研发的技术力量比较器，电池开发人员有2000多人，在韩国和德国都有专门的电池研发中心。,题目,一.目前动力电池的发展面临的问题二动力电池产品认证技术的发展,中国电动汽车发展重点和方向,1、以插电式混合动力汽车、纯电动汽车等新型动力系统汽车为发展重点，逐步扩大插电式混合动力汽车、纯电动汽车的应用规模，降低汽车工业对石油资源的依赖，实现我国汽车能源动力系统的战略转型。,3、以高性能动力电池、驱动电机及其控制系统为主攻方向，全面掌握插电式混合动力及纯电动汽车的研发和生产技术。从发展小型电动乘用车和微型电动商用车起步，逐步扩大应用范围。,2、以先进内燃机技术为基础，大力发展各种油电、气电混合动力汽车。重点推进轻度与中度混合动力乘用车、串联式混合动力和并联式混合动力城市公交客车的产业化应用；加快重度混合动力汽车的研发和产业化。,中国电动汽车发展重点和方向,4、以锂离子电池等先进动力电池为重点，提高其能量和功率密度、循环寿命、系统可靠性及快速充放电能力，进一步降低成本,希望达到2-3元/Wh，电池组循环寿命近期达到2000次以上，远期达到5000次以上；5.车用驱动电机重点发展具有资源优势的永磁电机，提高驱动电机的功率密度、效率、寿命和可靠性，降低产品成本。逐步形成标准化、系列化产品。6、以提高燃料电池动力系统的寿命、可靠性和降低成本为核心，继续加强燃料电池汽车技术的研发与小规模示范。,从2006年开始实行的动力电池强制认证工作，执行汽车行业标准QC/T742（743、744）-2006，由于该系列标准已经应用了6年，电动车动力电池的技术发展很快（如电池的循环寿命次数大幅度提高），标准中的许多地方已经不能适应现在的技术发展（锂电池的电压已经不局限当年的3.6V），可操作性也出现了需要修改的方面。,试验样品数量的不同,试验样品要求改进:根据电池组能量大小的不同,试验拟采用不同的试验对象,如:电池组能量小的,考虑采用电池组进行性能和安全试验,电池组能量比较大的性能测试采用电池组,安全试验采用10-20只串联的模块。,动力电池试验的发展,修改后的试验项目,安全性试验新的内容：,北京市电动车用高能量型锂离子动力电池及系统订货入选技术规则,技术规则适用于北京市电动公交车、电动环卫车、电动专用车、电动乘用车用锂动力电池和电池系统的评价要求、试验方法、检验规则。北京市电动车用锂离子动力电池产品相应的设备招投标、订货、电池筛选执行本技术规则。规则规定了北京市电动车用锂动力电池准入试验的实施条件、试验项目、试验要求、试验方法、评定依据、试验程序以及试验报告的内容。技术规则的内容长达60页。应该是我国第一个有关电池组评价试验的标准。也表明我国已经从门槛测试转向评价测试，意义重大，造福于我国动力电池的发展。,特点：,规则的编制参考了QC/T743-2006电动道路车辆用锂离子蓄电池、ISO12405-2010（E）电动道路车辆-锂离子电池组和电池系统的测试规范、美国FreedomCar等相关标准有关内容，充分吸收了锂离子动力电池研制和示范运行所取得的成果和经验，同时也考虑到国内外在此类动力电池研究开发中的成果，其试验方法、技术要求和技术指标既符合动力电池行业相关标准的要求，又符合北京市电动车辆相关使用标准的要求，使制定出的规则在一定程度上既能体现当前国内外动力电池所能达到的先进水平，又能符合北京市电动城市车辆目前使用所处的实际情况。,特点：,试验项目包括：电池模块、电池组和管理系统的强制性标准检验、性能试验、安全性和可靠性行驶试验4部分内容。考虑到为了保证电池组使用寿命：不低于3年或15万公里以内电池容量不低于初始容量的80%，电池组在使用到3年或行驶到15万公里时，功率特性仍然要车辆行驶的要求。电池管理系统使用寿命：不低于8年，平均无故障时间不低于10000小时的要求，整个试验项目进行了有