天际汽车卢磊:车企下一代新能源汽车技术路线的选择与思考

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  如果固态电池能够解决热失控的问题,解决循环寿命的问题,解决相应的能量密度提升问题,包括成本问题,以后围绕电芯四个防护的难度可能会大大降低。

  本文为NE时代和同科芯能于10月16-17日联合主办的 "2019中日韩下一代新能源汽车电池技术大会"演讲嘉宾的现场实录。

  演讲人:天际汽车电池总监 卢磊

  演讲主题:车企下一代新能源汽车技术路线的选择与思考
我这边做了一些在三电零部件发展趋势的介绍和天际汽车的探索工作,主要分三部分。 天际汽车属于造车新势力,有些内容跟各位作一个汇报。 第一部分,天际汽车介绍,第二部分,天际在三电领域,电池电机电控的一些想法。 第三部分是对电池系统这个领域做的研究工作,以及对固态电池的希望和想法。
天际汽车总部在上海嘉定,生产基地在绍兴,是传统主机厂的一波人在做造车新势力,汽车产品希望做到有品有趣。 是传统主机厂和互联网行业的有识之士,通过跨界结合的方式,对用户提供一个极致的产品、高端的出行。 2017年11月份绍兴基地筹建,当时电咖EV10上市,2018年初获得相应的整车资质,2018年与台湾辉能有了初步的战略合作协议,有技术的沟通,在固态电池方面我们对产业前沿有更深入的了解和沟通。 我们在商用车也做了甲醇重整制氢的,2018年7月份ENOVATE品牌发布,2018年ME7试制车下线。 2019年4月份上海车展,2019年6月份绍兴基地厂房交付,开始试生产。 9月份成都车展亮相ME7和ES。
ME7简单介绍一下,这是2017年定位开发的产品,当时NEDC续航500公里,实际做到比这个值更高。 四驱版本加速性能百公里4.9秒,充电时间48分钟快充80%。 在安全标准上,我们也有些特点,我们在C-NCAP是五星标准,我们也有侧面柱碰的电池全覆盖验证。 整车超高强度钢比例达到46%,热成形钢达22%。
下面是有品有趣的车型设计,设计来自于Hakan,具有冲击力、夸张。 我们对用户体验上做到更高端的体验,我们在车联网这块,从用户出发开始,包括远程启动、空调、座椅加热、远程车窗空调等等我们做了提前设计,上车阶段包括蓝牙钥匙的自动解锁、欢迎模式等等,在行驶阶段AI助手全程服务,到达阶段跟智能家居做一些绑定,包括最后一公里导航到手机。
这是整车展示,智能驾驶这块我们做到了L2.5的水平,横向、测向、环视。 这是我们正在预研的下一台轿跑ME-S,造型在上海车展和成都车展已经披露了,后面也是作为我们下一款车型做工程化、量产化的项目。 这是天际的商业模式,包括天际汽车中心、智选空间、安心工厂、快速驿站,给车主带来不同的享受。
下面谈一下我们对三电零部件的想法。 2015~2018年新能源汽车销量上升,2019年1-7月份销量达到69.9万辆,处于缓慢增长。 做汽车的人要想做得更好,如何把汽车做好,把新能源车做得更好,把电动汽车安全做好。 对于传统汽车来说,动力系统只占了25%的成本,在新能源汽车里面光一个电池,前面的北汽同事说到占到40~60%,我认为50%左右也差不多。 随着电池成本的降低,电动汽车价格在五年左右能够慢慢赶上传统汽车。 考虑到电动汽车的使用成本,因为它是用电的。 另外,考虑以后用电的便利性,新能源汽车会被大众所接受,我们会在整车行业继续做努力。
这一页是电池化学体系变化,现场各位都是专家。 我简单介绍一下,当前用的622、811体系居多,下一步是不是有721体系,5V高电压的体系?电解质体系从凝胶聚合物、半固态电解质、固态电解质,之后会陆陆续续在车上应用,这是我们的一个想法。 把电驱动简单说一下,首先第一做到三合一,目的是降成本,第二可以做集约化设计,电极、控制器、减速器三合一,结构集成和冷却共用,性能、EMC、NVH、热最优方案。 其次是可靠性的优化。 在汽车电子领域和电池的BMS相关,后面有域控制器的概念,控制决策端集中上提,传感器和执行器下放。
重点说电池部分,这个在主机厂里面我们会做这几部分工作。 传统的动力电池系统的设计,从电芯到模组、到PACK,主机厂层面考虑的是模组到PACK,电芯这块我们重点关注,如何关注?我今天举的方向以电池的安全性作为切入点。 因为电池的安全性跟固态电池,跟未来车辆的使用密切相关。
在电芯的安全性选择上,当前我拿的是现有的液态电池为例,电芯安全上,比如过充过放,对于短路、热箱、冲击,甚至对针刺,我们做了相应的实验,这也是跟我们的合作伙伴一起做的,只有安全实验都能满足,而且能做到EUCAR3及以上标准,这些都是我们在主机厂里面对电芯往工程化应用必不可少的前提,这些实验要通过,而且是从产线批量下线的电芯,首先是电芯的安全设计。
第二步,这是一个模组的热失控实验,我们做热失控抑制。 电芯属于储能物体,热失控之后会有失效,如何做到抑制?在这个设计里面,我们根据热失控之后,火焰可能喷射的方向做防护,采用复合云母卷,采用不同方案做抑制,我们比国标高6~8倍,至少保证在电芯这个层面不能很好地解决安全问题情况下,我们在整车维度多做一些工作。 整车上把安全工作做了冗余之后,交给客户的是一个安全的车。
同样,在整车层面,大家看到更多的是侧碰和正碰,我们做了更苛刻的整车柱碰实验。 如图,下面是一个柱子的位置,模拟树对车的撞击,我们分析整个柱碰的位置对电池的影响。 我们分析了法规标准位置,我们也分析了最薄弱位置,整个全侧面做分析,确保电池结构系统安全。 同样,我们也分析了如果模组受到挤压形变是什么结果,同样我们做了实验,挤压力达到240KN,模组变形18mm,静置超过2小时未起火、未冒烟。
电池底部保护怎么办?我们做了很多研究。 我们也看了一下电池底部保护层面,但是也可能有薄弱项,我们在电池底部加装高强度钢板,做动力电池,因为动力电池有一个PACK的能量密度要求,这个对主机厂是比较痛苦的目标,加了这个钢板重量上去了怎么办?只能加一块额外的底部护板,我们在底部用一千克的东西做了实验,通过相应的仿真和实验,经过72千米每小时的底部穿刺实验,底部钢板未击穿,对电池系统从结构维度做立体防护。
其次是主动安全设计。 BMS系统的优化,BMS跟电池相关,电池做得好还要全生命周期管理,这是SOC估算,第二动态监管,把电池全生命周期的数据采集到平台。 现在做新能源车或者做新平台的话,可以用T-box,可以把安全相关的信息在后台上面进行保存,如果出现异常可以对用户进行提前预警和预处理。 BMS对采集数据进行处理之后,可以达到对用户的软件进行最优的设计。
其次是锂电池云平台数据分析,当前的BMS放在电池包里,这些数据只是在整车CAN上运行。 T-box这个东西可以传到云平台,通过后台数据可以看到哪些车出了异常,可以及时通知用户,通过网络发送到平台和用户,异常可以报警。 用户可以通过自主获取方式,获取后端数据,实时了解车辆电池当前状态。 第三根据电池性能衰减严重的车辆,制定相应的策略,比如对它的充放电区间进行保护,保护这个车不至于发生进一步的失效,保证用户能够得到及时地维修。
前面那些工作做完之后,开始考虑电池系统的OTA升级。 我们整理用户需求,可以做APP层的软件编写,通过OTA直接升级车辆软件,可快速满足客户需求,适用于市场车辆。 第二远程升级减少了人力成本,更快捷、更方便。 第三根据云平台数据分析,对特殊车辆升级唯一性软件,更安全。 有一个好处没有授权,也不能非法刷新软件。
最后我们提出了电池安全金字塔,从上到下,上面从BMS的主动安全,通过BMS的过压、欠压、热管理等保护功能的组成,通过大数据分析,OTA升级优化策略。 整车安全考虑到正碰、侧碰、柱碰。 系统安全设计是PACK结构安全设计有内外气压平衡、IP67保护等等。 模组安全设计,模组安全设计从热传递、电芯膨胀冗余、电气设计等等。
我们对固态电池跟踪了好几年,我们认为根据能量安全金字塔的模型,建议采用本安型电芯。 如果固态电池能够解决热失控的问题,解决循环寿命的问题,解决相应的能量密度提升问题,包括成本问题,以后围绕电芯四个防护的难度可能会大大降低。 液态锂电池目前确实遇到了一定的瓶颈,能量密度往工程化走确实有很大难度,也可能是寿命问题,也可能是安全问题。 固态电池2019年在240wh/kg,2023年达到340wh/kg,后续可能会提升到500wh/kg,大部分专家认为固态电池是液态电池的升级版本。 固态电池采用无机电解质,在出现碰撞、热失控,过充过放等极端情况下,可以避免液态锂电池电解液起火等事故。 工作温度固态电池工作温度可以达到90度,较液态电池55度的工作温度上限,有显著提升,拓宽动力电池适用范围,降低热管理系统技术难度,在安全性上也是有帮助的。 我们希望固态电池实现3C的高倍率充电,在能量密度保持一定的情况下,固态电池可以实现高倍率快充,这样可以解决一些实际的使用情况下,比如网约车、租赁车用户,需要一些快充需求,这跟传统乘用车不太一样,相对于液态电池如果做到3C的话,快充效率可以提升,这个也是有用户需求的。
最后我们做了一些简单实验,比如电芯层面的针刺,模组层面的针刺、高温存储,安全性的实验等等,我们做了一些简单实验。 在此,固态电池我们认为是一个行业的发展趋势,从造车新势力企业来说,我们对这些新技术更敏感,我们希望在安全、性能、成本这三个纬度都统一的情况下,或者都能达到一个比较好的点的情况下,能够看到固态电池的进一步产业化,我们也愿意跟固态电池的企业做进一步深入地合作,在整车层面提出我们的一些想法和我们能够可提供支持帮助的测试依据,感谢各位!

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