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普莱德张仁柏:我们永不停止对电池安全的追求

发布时间:2018-06-29

2018年6月27日,由青海省人民政府、工业和信息化部、科学技术部、中国电动汽车百人会主办的“2018中国(青海)锂产业与动力电池国际高峰论坛”在青海省西宁市召开。             

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本次会议由一个高峰论坛和三个主题峰会组成,在关于“促进动力电池安全的前言技术与保障体系”主题峰会上,主要研讨了动力电池安全体系评估;提高电池系统整体设计的合理性;同意规划整个电池系统的安全防护;电池产品认证和检测;大数据推动电池智能化管理,提升安全保障;新体系动力电池研发现状及安全挑战;产业政策对电池安全的保障。

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北京普莱德新能源电池科技有限公司(下称普莱德)副总裁张仁柏发表主题演讲,在动力电池系统、电池安全前沿技术、电池系统保障以及电池系统轻量化等方面为参会代表深入浅出讲解,对于目前新能源汽车在安全方面表达了充分的信心:“目前的新能源汽车的安全,经过业内所有专家关注,产业链的全体努力,是可以信赖的,但普莱德仍将永不停止对安全的追求,做锂电池,将安全放在第一位,安全是所有工作的基础。”

“我是1995年进入电池行业的,中国实用化锂离子电池,是1997年我从日本SONY公司带到中国的…….”张仁柏副总裁娓娓道来,从六个方面向参会代表阐释了普莱德电池在安全技术方面付出的努力及取得的成果:

       一、公司简介

普莱德成立于2009年,座落在北京大兴采育经济技术开发中心,现为广东东方精工(002611)全资子公司,原有的三大股东中,首先最大的股东是北大先行,为全球最大的磷酸铁锂材料的供应商之一,同时也是唯一的在国内拥有磷酸铁锂的专利授权单位,也拥有三元材料的阿贡实验室专利授权。第二大股东是北汽集团,包括北汽集团和北汽福田,北汽新能源连续四年在国内纯电动乘用车方面居第一位,2017年达到全球出货量第一。第三大股东是CATL是锂电行业的独角兽,是全球的锂电池的领先者。

普莱德是新能源汽车产业链合作的典范,普莱德电池专业研发动力电池系统,有先进的电池管理系统、储能系统,并且是连续五年独立第三方Pack企业排名第一,2017年出货量为2.3GWh,2018年预测到4.7GWh。在整个的新能源汽车产业中建立了牢固的产业合作体系。

普莱德电池已获得北京市的技术中心、中关村高新技术企业等资质认证,公司有专利300多项,其中发明专利136项,这些独有技术及专利是保持其产品市场竞争能力的保障。

普莱德产品应用覆盖了国内外客户,乘用车客户为主要板块,占比在60%到80%之间,;商用车基本是固定的客户福田、中通;另外普莱德与合作伙伴开发有在中国独有的换电技术,这个体系将于7月份在北京首发对私换电,目前的换电技术是第三代换电技术,这次换电技术是在未来后补贴时代进行车电分离,大大降低消费者一次性支取的重要技术手段。

第二,全面电动化的电池容量和车型变化。

中国新能源汽车的发展得益于国家的补贴政策,2016年开始,2017年整个的电动车占燃油车的超过1%,正式进入量产化发展阶段。补贴每年都在下降,补贴下降以后怎么样?国家也发布了双积分政策,从2015年开始征求意见,到2018年是缓冲阶段,2019年要求目标达到10%正式实施,这样将给新能源汽车提供源源不断的政策助力。

      可以看到,双积分的具体实施及交易,也能推动电动车的发展,今年补贴已经比去年下降了,明年会不会下降要看国家的财政状况,2020年就是没有补贴的时代,这种积分政策,将保障电动汽车的持续发展。

       2018年整个新的补贴政策明显偏向于长续航里程,低续航里程有不同程度的下降,插电也有一定的下降,低续航里程肯定是补贴不下降,但是高续航里程的补贴也不是都上升的。只有比亚迪秦EV450,一个上升的,其它的补贴都是下降的。根本原因是说除了续航里程,还有一个能量密度,国家要求有不同的补贴系数,以120到140作为基数,140到160为1.1,160以上达到1.2。普莱德今年9月份会推出第一款系统达到160的电池系统,并且是液冷系统,今年预测应该达到三万台销量。

在现在补贴政策的情况下,不同车的情况,A000级轿车和A00级轿车是北汽EU300,北汽EU5是今年的主力车型,不同的车型主力,能量密度有不同的参数。

第三、 普莱德技术开发方案和创新点。

       普莱德作为专业的电池系统公司,首先我们是关注安全,安全肯定最先分析整个电池系统的失效模式,有五项:电击、燃烧、爆炸、碰撞、腐蚀。因为我们每卖一辆车基本的质保条件是八年12万公里,在这种情况下腐蚀也会影响到车辆的可靠性。腐蚀也是关注安全的一个方面。

普莱德开发的电池系统安全测试至少有四大安全,第一个是化学安全,材料阻燃、电芯安全,包括一些标识;电气安全是系统上设计的重要关注点,膨胀力、传感、电压采集、温度采集,绝缘耐压、电磁兼容,电磁屏敝、漏液检测、冗余设计,交叉检验算法;还有机械安全,现在做到了IP67,后续会做到IP68;基于ISO26262,把电池系统放在汽车里面,功能安全,这里面是说自动灭火、主动&被动安全、碰撞过程中断开、高压,整个电池系统里面的熔断等设计,包括湿度、烟雾、短路、过充。一个电池包的开发一般是24个月,其中我们的测试要求是高于国标,很多项目都是对标国际的其它国家的标准,并相应增加了测试数量。

普莱德在技术创新点和开发方案,首先是产品的安全,采用全仿真的分析,有静力、球击、模态、振动,还有冲击、挤压、疲劳和碰撞。我们从电芯到模组级的仿真模型,这里面都是必备的,所以很多的厂家找我们说三个月给我开发一个电池包,确实很难,一般测试都是标准24个月的周期,今年量产的产品,基本是两年前开始的,应该都要经过一个完整的CV,DV,PV和SOP的开发过程。

      基于前面双积分,大家看到我们做电池系统和做电芯一样,也是一个矛盾体,既要高比能量,又要高安全,如何平衡呢?这是我们一个共性的问题,除了电芯的能量密度的提高,Pack的结构设计也是要通过减重,来实现系统提升能量密度。同时在整个的保障安全的情况下提升能量密度,这是我们每天都要考虑的问题。

       能量密度的目标,现在平均的整个行业的成组效率应该是在65%,普莱德的项目目标是在80%。安全性的目标,我们通过BMS的核心技术,系统控制策略优化、结构优化,希望把电池系统保持零事故,这里面基本上有七大方面,集成模组设计、系统轻量化、广义BMS的设计、热设计、梯次利用,梯次利用我们说实现动力电池40%的残值回收,全生命周期还能降低成本20%。智能制造现在也是北京市的智能制造的试点单位,还有全方位的测试系统,现在都全面实施。

      热管理的是电池系统的重要方面,现在我们量产的产品,基本都是用液冷,因为能量密度提升,为了提升安全及系统的寿命,热管理对保障安全是很重要的,热管理指标要求电池包的温差在5度以内。我们的系统轻量化设计,从以前的钣金到冲压,现在全面转接到高强度铝和复合材料,我们在模组设计里面再加上一些固定边框的同时加入了温度传感器和电压测试系统,在这儿同时也能保障能量密度达到一定的指标。BMS除了我们在对产品的检控以外,对SOC、SOP、SOH的管理,同时也做了后台大数据,我们保障每一辆车在运行过程中,在大数据里面都有数据记录,保障数据的全面可追踪,并且它的健康状况和预测。

      我们的自动化工艺设计里面的部分,包括我们的光学检测、激光连续焊、工装模块化的组装,包括CMT机器人,还有一拖二双工位焊接工艺,大大提升了制造的效率和可靠性。

       BMS这里面重点讲这一部分,普莱德电池所有的数据都在实时传送到后台数据库,最后通过数据挖掘和算法评估来评估电芯和系统的健康状况,保证我们的产品出去以后除了BMS在车上对电池包的管理,也有后台数据库的实时跟踪。这是大数据整个的工作原理,通过电池系统的运营、通过电池系统参数的传输、通过模式的算法,最后能达到云平台传输到基础数据库里面,再通过大数据进行的电池状态的可视化和电池保养的提示。大数据,云计算,在新能源汽车电池系统都有相应的应用。

第四、 电池系统轻量化概览。

普莱德的系统轻量化设计,从以前的钣金到冲压,现在全面转接到高强度铝和复合材料,在模组设计里面再加上一些固定边框的同时加入了温度传感器和电压测试系统,在这同时也能保障能量密度达到一定的指标。BMS除了在对产品的检控以外,对SOC、SOP、SOH的管理,同时也做了后台大数据,我们保障每一辆车在运行过程中,在大数据里面都有数据记录,保障数据的全面可追踪,并且它的健康状况和预测。

      第五、 高镍三元电池创新提升单元能量密度

轻量化,从结构、材料和工艺里面具体做一些具体的工作。高镍是实现电芯能量密度的重要路径。CATL高镍材料今年下半年开始实施,高镍正极材料应用的同时,再通过负极铜箔变薄,正极铝箔的变薄,隔膜肯定也是变薄,而具用能量活性物质的正极材料和负极材料的能量密度的提升,而实现电芯能量密度的显著提升,最后能量密度会提升到750Wh/L,2021年的目标。最后通过高镍材料的使用,电芯成本预计下降6%,能达到国家设计的2020年的目标。

      第六、 优化包装结构方案。

整个电池包里面包括模组、电子电气、热管理、电池连接件、辅助材料等等。我们是用铝合金型材和钣金,冲压电池壳体技术方案分析,保证强度与可靠性基础上,控制模具投资,实现重量和成本的降低,同时关注电池下壳体选材,对比重量范围、模具投入、生产节拍和成本预估四方面进行分析。在不同的阶段,有钢板冲压方案、铸铝方案和挤压铝型材方案,从成本来讲,以前铝材一般的成本是钢材的三倍,重量是钢材的1/3,但是现在通过技术的提升,成本都控制在3000左右,并且开发的时间也大辐缩短,从6个月缩短到1个月,重量从以前的一个包60公斤降到了40公斤。在材料强度、抗拉强度、断裂伸长度等还有不同程度的提升。挤压铝型电池的壳体轻量化效果明显,开发周期短,投资最小,并且生产效率高、成本低,从今年开始普莱德全面转换成这样一个产品的设计思路。

普莱德目标是成为全球最好的PACK公司,同时也在向同行不断学习,加速普莱德的进步。并将坚定不移地向全球一流的PACK公司迈进!


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