CIBF丨同济大学魏学哲：软包电池控制系统技术与算法分析

2021年3月18日，由中国化学与物理动力工业协会动力电池应用分会、电池中国网联合举办的第二届新能源汽车及动力电池国际交流大会(CIBF·深圳)在深圳举行。会议期间，同济大学汽车学院副院长魏学哲发表了题为“柔性电池控制系统的技术与算法分析”的主题演讲。

以下为演讲实录:

这次会议是做软袋的专场，给我的是一篇八股作文:谈软袋电池在汽车领域的应用。软包电池在汽车上也有广泛应用，我们一直在密切关注这件事，尤其是最近两年。

你还会看到，过去电池在材料技术上进步很快，但最近在结构上有了很多进步，比如刀片电池、CTP、CTC等被压缩的非活性材料的空间和重量。软装电池的能量密度会更高，自然要关注软装电池。

另外，我们会看到这个行业的发展，安全事故很多，特别是前几年在政策的引导下，补贴倾向于高能量密度电池，大家都匆匆离开，一些安全事故就出来了。这个问题不仅在中国，现代和LG也有。

为了这个行业更稳定的发展，柔性电池固有的安全优势得到体现，这在我看来是两个关键点。

后面的图说明了什么？在我们调查的电动车事故中，纯电动车都是电池驱动的。在使用过程中，一个很常见的问题就是电池组被挤压。比如路边或者路上的石头的撞击，让电池组变形。变形大的话会直接挤到电池里。从这个角度来看，柔性电池挤压后的变形具有良好的抗挤压性，这也在一定程度上实现了电池系统的安全性，这是它的优点。

从我们之前的工作来看，如果我们真的想在汽车上很好地利用柔性电池，还有相当多的挑战。下面我简单总结一下，分为四类:1。尺寸和机械设计；2.厚度、预紧力和使用寿命；3.结构和热管理；4.密封性，胀气性，安全性。下面从这四个方面简单说一下一些工作和一些问题。

第一个问题是大小。汽车行业的主流是做机械师，机械师上大学有专门的公差课。尺寸问题是力学问题的第一个问题。很多汽车公司选择硬壳电池而不是软包电池，很重要的原因就是尺寸无法控制。我不知道尺寸是多少。在整车之间的尺寸要求下，对软包电池的尺寸误差提出了很高的要求。软包装尺寸确实有两面性，有好有坏。是在单体层面解决还是在某个层面解决？无论什么层面，都要非常认真的对待尺寸控制的问题。

大小问题和扩展问题。充放电的时候会吸放，要么是力的变化，要么是大小的变化，这是必然的事情。刚才讲了预紧力和大小的变化，以及充放电的过程。大小控制不是一个静态问题，而是一个动态问题，关系到收费的动态过程。在更长的时期内，关系到电池的寿命。电池寿命衰减的越多，膨胀的越多，然后体积就越大，寿命就变了。这是一个基本属性，我们必须认真面对。

我们在预紧上做了很多工作，不紧不松，但是要合适。

如果太紧，会粘在隔膜上。在较大的外力作用下，会出现化学降解的问题，这是机械降解和化学降解的耦合关系。我只是看到这个力随着充放电电流和寿命的变化而变化，所以充放电应该是一个可以动态调节的力。

我们还会看到资料片的特点。从生命的扩张特征来看，我们可以做一个“滴答”的形状，基本上是一个线性的增长模式。这是研究清楚其特征的过程。

硬壳也有这个问题，但是因为它这里有壳，软包没有这个，模块设计很重要。关于热度还有很重要的一点。之前有人说热管理好做。我觉得这是问题的一面，也有困难的一面。一般来说比较大，比较长，传热有三个方向。如果是在厚的方向，很容易传导。现在对于乘用车来说，散热面在底部。如果它在Z方向导热，那就非常难传导，这对于柔性电池来说是一个非常大的问题。

解决了以下问题:导热系数不够，高倍率快充发热多，尺寸变化大。我觉得这是一个很重要的趋势，就是汽车行业会走向快充，3C和4C快充，甚至更高。包括基础设施的建设，前几年的思路是慢充为主，快充为辅。现在，这个思路需要调整了。大量的慢充应用效率非常低，时间也是金钱。不仅电是钱，时间是更重要的钱。我指的是软电池或者软电池盒的设计，必须在适应快充的情况下考虑。软包有两种方式，一种是在上面，一种是条状。目前大的，特别是快充，显然右边的方式会要求更高。软包的传热，左边传热不均匀，有一个弯曲的路径，电流传递不均匀，所以发热不均匀，散热不管怎么排列基本都是同一个面，也就是说散热在厚度上再好，如果不能有效传递也没用。

为了改善这个问题，有人将软包的设计趋近于硬壳的思路，即在软包上加一块导热的金属铝板，可以是一块，也可以是多一块。有些方案设计成内有软包，外有硬壳。这种硬壳是一种不需要完全密封的结构，可以约束形状，可以提高传热。

还有就是刚才讲的安全问题。软包装安全性是有益的。这是什么意思？它不会爆炸。再说爆炸。这个要求太低了，而且……他坚硬的外壳不会爆炸。爆炸是相对较低的要求。

软包装不爆炸后在安全上有什么好处？有哪些挑战？我刚才说了一个很大的优势。从我的观察来看，软袋抗针能力差，一刺就破，硬壳抗针能力好一点。

软袋的抗挤压性更好，在使用中，抗挤压性比抗针刺性大得多。以前开车的时候，车的下沿儿被挤了也没关系。现在必须考虑这个问题，尤其是以前车的底盘做得低，风阻小。现在为了照顾电池，必须把它做高，这对车的性能是很大的制约。抗挤压是个大问题，这也是软包装的好处。

刚才说了鼓包吹得像枕头的问题，这是常见的情况。

还有电解液泄漏。毕竟是焊出来的，软袋是粘出来的，密封性还是个大问题。封边加宽后，有效利用容积会减少，封边变窄后，紧密度会向下。在汽车使用环境中，高低温的变化可以达到针对性场合下的密封效果，使用寿命10-15年。

还有热安全问题。刚才大家都说不会爆，破的地方不会有那么多压力积累，但是另一方面破的位置是不确定的。硬壳电池有安全阀，会在固定的地方坏掉。如果这个地方产生了气体，你就知道从哪里破，会有专门的管道把气体导出，安全性会提高。软装电池会坏掉，但是如果坏掉的地方不明，车就不能用了，这也是它的软肋，需要在软装系统的设计中考虑。

早上时间很紧。首先，有优势。能量密度高是非常大的优势，而且体积是可变的，或者说改变体积相对容易。如你所见，这个行业的标准化有优势，但也有劣势。有大中小电池，大小不统一。另外安全性也比较好。这个问题不是绝对的，要看方式。

还是回答四个问题:1。尺寸。在哪个问题上解决还是需要回答的；2.分组后的预紧力应根据软袋的全生命周期规律进行调整；3.由于在垂直方向上传热的困难，很难设计热管理系统；4.难以掌握复杂工况下密封、热失控等安全问题的规律。

就像我刚才说的，如果散热问题解决不好，就很难适应快充的需求，但是有些是不需要快充的，比如总线和换电模式，它没有太大的需求，但是能量密度比较高，软包应用场景适合。技术路线没有绝对的好坏，要搭配合适的应用场景。

(注:本文根据现场速记整理，未经主讲人审核。仅供参考。请勿转载！)

扫描下方二维码，关注“第二届新能源汽车及动力电池国际交流大会(CIBF深)”直播专题！1 2021年3月18日，由中国化学与物理动力工业协会动力电池应用分会、电池中国网联合举办的第二届新能源汽车及动力电池国际交流大会(CIBF·深圳)在深圳召开。会议期间，同济大学汽车学院副院长魏学哲发表了题为“柔性电池控制系统的技术与算法分析”的主题演讲。

以下为演讲实录:

这次会议是做软袋的专场，给我的是一篇八股作文:谈软袋电池在汽车领域的应用。软包电池在汽车上也有广泛应用，我们一直在密切关注这件事，尤其是最近两年。

你还会看到，过去电池在材料技术上进步很快，但最近在结构上有了很多进步，比如刀片电池、CTP、CTC等被压缩的非活性材料的空间和重量。软装电池的能量密度会更高，自然要关注软装电池。

另外，我们会看到这个行业的发展，安全事故很多，特别是前几年在政策的引导下，补贴倾向于高能量密度电池，大家都匆匆离开，一些安全事故就出来了。这个问题不仅在中国，现代和LG也有。

为了这个行业更稳定的发展，柔性电池固有的安全优势得到体现，这在我看来是两个关键点。

后面的图说明了什么？在我们调查的电动车事故中，纯电动车都是电池驱动的。在使用过程中，一个很常见的问题就是电池组被挤压。比如路边或者路上的石头的撞击，让电池组变形。变形大的话会直接挤到电池里。从这个角度来看，柔性电池挤压后的变形具有良好的抗挤压性，这也在一定程度上实现了电池系统的安全性，这是它的优点。

从我们之前的工作来看，如果我们真的想在汽车上很好地利用柔性电池，还有相当多的挑战。下面我简单总结一下，分为四类:1。尺寸和机械设计；2.厚度、预紧力和使用寿命；3.结构和热管理；4.密封性，胀气性，安全性。下面从这四个方面简单说一下一些工作和一些问题。

第一个问题是大小。汽车行业的主流是做机械师，机械师上大学有专门的公差课。尺寸问题是力学问题的第一个问题。很多汽车公司选择硬壳电池而不是软包电池，很重要的原因就是尺寸无法控制。我不知道尺寸是多少。在整车之间的尺寸要求下，对软包电池的尺寸误差提出了很高的要求。软包装尺寸确实有两面性，有好有坏。是在单体层面解决还是在某个层面解决？无论什么层面，都要非常认真的对待尺寸控制的问题。

大小问题和扩展问题。充放电的时候会吸放，要么是力的变化，要么是大小的变化，这是必然的事情。刚才讲了预紧力和大小的变化，以及充放电的过程。大小控制不是一个静态问题，而是一个动态问题，关系到收费的动态过程。在更长的时期内，关系到电池的寿命。电池寿命衰减的越多，膨胀的越多，然后体积就越大，寿命就变了。这是一个基本属性，我们必须认真面对。

我们在预紧上做了很多工作，不紧不松，但是要合适。

如果太紧，会粘在隔膜上。在较大的外力作用下，会出现化学降解的问题，这是机械降解和化学降解的耦合关系。我只是看到这个力随着充放电电流和寿命的变化而变化，所以充放电应该是一个可以动态调节的力。

我们还会看到资料片的特点。从生命的扩张特征来看，我们可以做一个“滴答”的形状，基本上是一个线性的增长模式。这是研究清楚其特征的过程。

硬壳也有这个问题，但是因为它这里有壳，软包没有这个，模块设计很重要。关于热度还有很重要的一点。之前有人说热管理好做。我觉得这是问题的一面，也有困难的一面。一般来说比较大，比较长，传热有三个方向。如果是在厚的方向，很容易传导。现在对于乘用车来说，散热面在底部。如果它在Z方向导热，那就非常难传导，这对于柔性电池来说是一个非常大的问题。

解决了以下问题:导热系数不够，高倍率快充发热多，尺寸变化大。我觉得这是一个很重要的趋势，就是汽车行业会走向快充，3C和4C快充，甚至更高。包括基础设施的建设，前几年的思路是慢充为主，快充为辅。现在，这个思路需要调整了。大量的慢充应用效率非常低，时间也是金钱。不仅电是钱，时间是更重要的钱。我指的是软电池或者软电池盒的设计，必须在适应快充的情况下考虑。软包有两种方式，一种是在上面，一种是条状。目前大的，特别是快充，显然右边的方式会要求更高。软包的传热，左边传热不均匀，有一个弯曲的路径，电流传递不均匀，所以发热不均匀，散热不管怎么排列基本都是同一个面，也就是说散热在厚度上再好，如果不能有效传递也没用。

为了改善这个问题，有人将软包的设计趋近于硬壳的思路，即在软包上加一块导热的金属铝板，可以是一块，也可以是多一块。有些方案设计成内有软包，外有硬壳。这种硬壳是一种不需要完全密封的结构，可以约束形状，可以提高传热。

还有就是刚才讲的安全问题。软包装安全性是有益的。这是什么意思？它不会爆炸。再说爆炸。这个要求太低了，而且……他坚硬的外壳不会爆炸。爆炸是相对较低的要求。

软包装不爆炸后在安全上有什么好处？有哪些挑战？我刚才说了一个很大的优势。从我的观察来看，软袋抗针能力差，一刺就破，硬壳抗针能力好一点。

软袋的抗挤压性更好，在使用中，抗挤压性比抗针刺性大得多。以前开车的时候，车的下沿儿被挤了也没关系。现在必须考虑这个问题，尤其是以前车的底盘做得低，风阻小。现在为了照顾电池，必须把它做高，这对车的性能是很大的制约。抗挤压是个大问题，这也是软包装的好处。

刚才说了鼓包吹得像枕头的问题，这是常见的情况。

还有电解质渗漏。毕竟是焊出来的，软袋是粘出来的，密封性还是个大问题。封边加宽后，有效利用容积会减少，封边变窄后，紧密度会向下。在汽车使用环境中，高低温的变化可以达到针对性场合下的密封效果，使用寿命10-15年。

还有热安全问题。刚才大家都说不会爆，破的地方不会有那么多压力积累，但是另一方面破的位置是不确定的。硬壳电池有安全阀，会在固定的地方坏掉。如果这个地方产生了气体，你就知道从哪里破，会有专门的管道把气体导出，安全性会提高。软装电池会坏掉，但是如果坏掉的地方不明，车就不能用了，这也是它的软肋，需要在软装系统的设计中考虑。

早上时间很紧。首先，有优势。能量密度高是非常大的优势，而且体积是可变的，或者说改变体积相对容易。如你所见，这个行业的标准化有优势，但也有劣势。有大中小电池，大小不统一。另外安全性也比较好。这个问题不是绝对的，要看方式。

还是回答四个问题:1。尺寸。在哪个问题上解决还是需要回答的；2.分组后的预紧力应根据软袋的全生命周期规律进行调整；3.由于在垂直方向上传热的困难，很难设计热管理系统；4.难以掌握复杂工况下密封、热失控等安全问题的规律。

就像我刚才说的，如果散热问题解决不好，就很难适应快充的需求，但是有些是不需要快充的，比如总线和换电模式，它没有太大的需求，但是能量密度比较高，软包应用场景适合。技术路线没有绝对的好坏，要搭配合适的应用场景。

(注:本文根据现场速记整理，未经主讲人审核。仅供参考。请勿转载！)

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