一汽集团王德平：动力电池安全事故是一个系统工程

编者按:新能源汽车的“火”是其真正进入市场前必须迈过的一道坎，而电池安全可以说是新能源汽车产业健康发展的重要保障。为了应对电池安全的重大挑战，各家车企也使出了看家本领。在10月8日举行的2019 IBSW国际电池安全大会上，来自BAIC新能源、一汽、蔚来的相关负责人分享了他们在电池安全方面的工作。以下是一汽集团对王德平演讲的内容分享。(有删减)

应该说，近年来电动汽车整车事故时有发生，而且随着整车行驶里程的不断提高，包括新能源数量的增加，高比能量电池的使用越来越多，新能源汽车的安全事故呈上升趋势。从现场来看，充电、行驶、停车都存在安全事故。应该说电动车的安全事故涵盖了汽车的全场景。从这些安全事故来看，近60%是电池安全问题导致的事故，所以电池安全应该说是整个新能源汽车安全事故的核心。围绕电动汽车的安全事故，尤其是动力电池的安全事故，应该不仅仅是关于电池本身，更是一个系统的工程。除了电池本身，还与整车、相关部件以及日常使用维护有关。就是围绕电动汽车的整个生态，共同开发和维护整个动力电池系统，从而保证整个动力电池系统的安全。从整车方面来说，动力电池的安全事故主要是由几个方面的失效引起的，可以概括为五个方面:一是电池的失效；第二，BMS的失败；第三，绝缘系统的故障；第四，机械和密封的故障；第五，连接失败。第一，电芯失效的方式有很多种，包括漏液、析锂、变形、过热和过充。从使用条件来看，无论是低温快充技术，还是外部挤压碰撞，都会诱发电池失效。从失效机理看，有活性物质的结构变化和相变，过量金属的溢出和碰撞等。总结起来主要有三个方面:短路、负极析锂、正极放氧。第二，BMS系统的故障。应该说也有很多模式，包括电压、电流、温度、绝缘等检测和保护的失效，包括SOC、SOH、SOP、SOF的偏差估计，以及一些硬件的损坏。在使用条件方面，诱发BMS故障的因素也有很多，包括振动、外界冲击、火灾、涉水等。机制方面，有芯片选择、硬件集成、通信丢包、连续逻辑。第三，绝缘失效。绝缘的失效模式包括高压电机、接地故障、线束损坏等。从诱发条件来说，有震动因素、外界冲击的可能性、涉水、气压、高倍率充电等等。从机理上讲，有绝缘层耐压水平和防护水平的失效。第四，根据连接的失效方式，有传感器脱落、连接松动、表面氧化。从使用条件来看，有震动、外界冲击、涉水等。第五，机械和密封的故障。还有很多故障模式，包括电池外壳和冷却系统的泄漏。使用条件方面，有震动、跌破、撞击、碰撞、涉水、外火等等。从机理上看，有电芯化学反应的问题，也有模块强度、焊接结构强度、固定结构强度等变化的问题。针对这些机制和情况，一汽主要从七个方面保障新能源电动汽车的安全:一是进一步明确技术路线方向；第二，构建整个系统的安全理念；第三，在开发和管理的业务过程中，要把安全纳入整个业务的管理框架；第四，一些具体的安全技术。第五，验证好实验；第六，提供前端和全流程服务；第七，监控系统。这里简单介绍一下一、二、三和五、六和七，重点是电池安全技术方面的一些做法。这是整个战略方向。今年7月，一汽还发布了一汽新能源战略，概括为“353”:“3”和三条技术路线。未来新能源技术路线一汽三条线并行。“5”包括燃料电池、系统安全、电控、电驱动、电池系统五大核心总成。我们也分别给这五个系统起了名字，分别是氢、安全、控制、驱动、能源。动力电池以数据为核心，构建了五层电池全生命周期管理框架。第一，基础研究和数据平台。其次，是业务痛点的建立和市场分析。第三，数据处理和模型建立。第四，在整车上的应用，以及对用户的服务。第五，通过引入云数据，优化车辆应用和电池回收的应用。这里的核心基础是基础研究，包括电池的失效和电动车的安全性，而核心的核心——电池必须尽可能的安全。二、安全的安全观对于建立全体员工的安全观是非常有用的，尤其是对于整个行业，包括制造和营销。电动汽车还是一个新生事物，在产品规划、R&D、营销的过程中经常会有一些冲突。比如在DSOC低温下很难保证动力和加速度和传统车或者新车一样，在这种情况下如何平衡。包括在电池温度过高，需要冷却系统保证电池安全的情况下，如何与乘员舱的冷却系统进行平衡。应该说，在产品定义、开发、制造的全过程中，如何平衡以安全为核心的产品和功能，在现阶段还是很重要的，所以树立安全理念也是很重要的工作。第三，围绕安全。我们在整个业务链上梳理了一个V型的安全全系统流程，包括安全目标的制定，围绕安全目标对车辆需求的分析分解，各系统安全设计的实施，再到总成的实施，再到相应的验证，总成验证，车辆验证，包括制造，生产，维修，监管。第四，重点关注第四个方面，也就是我们围绕安全设计的具体做法。通过对滥用的识别、失效模式的分析、失效机理的判断、产热速度的预测、传热路径的确认和危害的评估，对电池系统整体来说是一种积极的安全设计，每一步都导致对联锁时空和电池组的控制，每一步都有一些相应的控制和判断。围绕这样的正面设计，构建了四重安全保护体系，包括电池安全、车辆安全、充电安全和使用安全。围绕这四个方面，构建了16个具体方面、54项具体的安全防护措施，确保整个动力电池系统在全生命周期内的安全。下面我将结合这54项中的一些具体的防护措施，从其中的几项进行介绍。第一，碰撞的安全性。刚才戴院长也介绍了，我们在这方面的工作也有相应的相似之处。一方面，在低速时，保证了在车辆与底部发生碰撞时，电池不会因为车辆的撞击或碰撞而变形。另一方面，我们构建了双向高压断电系统，即高速车辆发生碰撞时，如果安全气囊开始工作，整车高压系统要在1毫秒内同时断电，以保证整个高压系统的安全。第二，BMS的优化。我们把数据从云端导入BMS，因为我们公司有相应的车辆数据监控系统，建立寿命模型并估计电池的实时状态，在边缘把这些数据导入BMS，丰富了BMS的功能，使BMS的控制精度和估计精度更高，可以实现早期故障预警。第三，电池热失控的预警。云的历史数据和实时监控数据包括环境压力和系统状态，以及……将这些信息整合在一起，构建一个热失控预警开发模型，然后将这些预警模型应用于整车的热失控系统。一方面通过热失控模型预警的系统诊断实现对高压系统的维护，另一方面车载终端、云端、仪表为驾驶员提供相应的热失控预警信息，包括后台服务。第四，主动灭火系统。目前我们和浙富开发的系统还在开发阶段，从之前的实验来看效果很大。一方面，系统可以主动对热失控模块和单体进行灭火实验。另一方面，由于所使用的灭火介质是一种热熔比很高的介质，它吸收大量的热量，通过这种吸热可以降低电池组内的温度，从而可以隔绝电池组内的热量引起汽车内部空间的火灾。IP防护、防水、安全的整体设计:目前这个工作还在迭代的方面。目前我们的重点还是在实验验证上。其实符合国标，符合相应标准，防水事故应该还是会发生的。现在专注于安全实验，现在想通过电池碰撞实验，再做500周循环后的水下防水和安全实验验证。整车续航优化的评估:围绕车端和用户端，构建面向用户的基于数据的电池容量评估模型，然后将电池容量的评估模型引入安全系数，判断整车的安全程度，进而优化和保证整车的安全使用。用户BMS匹配:通过大数据和充电行为的分析，以及电池状态的评估，通过OTA优化车辆对应的BMS匹配。故障预警分析:基于用户的数据统计和数据探索，将这些数据引入诊断系统，优化BMS和用户的使用行为，通过电池运行数据改善用户的使用行为，保证更好的电池状况，延长电池寿命。第五，大的工作是验证好产品实验，这也是我们整个实验的一些内容。第六，全程服务，就是我们在全国五大区域建设了240个新能源汽车服务网点，保证车辆得到及时的维修和服务。第七，是专门监控我们整个产品的运行状态，实时保证车辆的安全。最后，为了保证整个电动汽车的安全性，我们也期待与全球所有的合作伙伴一起发展新能源汽车，保证我们整个新能源汽车产业的健康发展。编者按:新能源汽车的“火”是其真正进入市场前必须迈过的一道坎，而电池安全可以说是新能源汽车产业健康发展的重要保障。为了应对电池安全的重大挑战，各家车企也使出了看家本领。在10月8日举行的2019 IBSW国际电池安全大会上，来自BAIC新能源、一汽、蔚来的相关负责人分享了他们在电池安全方面的工作。以下是一汽集团对王德平演讲的内容分享。(有删减)

应该说，近年来电动汽车整车事故时有发生，而且随着整车行驶里程的不断提高，包括新能源数量的增加，高比能量电池的使用越来越多，新能源汽车的安全事故呈上升趋势。从现场来看，充电、行驶、停车都存在安全事故。应该说电动车的安全事故涵盖了汽车的全场景。从这些安全事故来看，近60%是电池安全问题导致的事故，所以电池安全应该说是整个新能源汽车安全事故的核心。围绕电动汽车的安全事故，尤其是动力电池的安全事故，应该不仅仅是关于电池本身，更是一个系统的工程。除了电池本身，它还与整车有关……相关部件及日常使用和维护。就是围绕电动汽车的整个生态，共同开发和维护整个动力电池系统，从而保证整个动力电池系统的安全。从整车方面来说，动力电池的安全事故主要是由几个方面的失效引起的，可以概括为五个方面:一是电池的失效；第二，BMS的失败；第三，绝缘系统的故障；第四，机械和密封的故障；第五，连接失败。第一，电芯失效的方式有很多种，包括漏液、析锂、变形、过热和过充。从使用条件来看，无论是低温快充技术，还是外部挤压碰撞，都会诱发电池失效。从失效机理看，有活性物质的结构变化和相变，过量金属的溢出和碰撞等。总结起来主要有三个方面:短路、负极析锂、正极放氧。第二，BMS系统的故障。应该说也有很多模式，包括电压、电流、温度、绝缘等检测和保护的失效，包括SOC、SOH、SOP、SOF的偏差估计，以及一些硬件的损坏。在使用条件方面，诱发BMS故障的因素也有很多，包括振动、外界冲击、火灾、涉水等。机制方面，有芯片选择、硬件集成、通信丢包、连续逻辑。第三，绝缘失效。绝缘的失效模式包括高压电机、接地故障、线束损坏等。从诱发条件来说，有震动因素、外界冲击的可能性、涉水、气压、高倍率充电等等。从机理上讲，有绝缘层耐压水平和防护水平的失效。第四，根据连接的失效方式，有传感器脱落、连接松动、表面氧化。从使用条件来看，有震动、外界冲击、涉水等。第五，机械和密封的故障。还有很多故障模式，包括电池外壳和冷却系统的泄漏。使用条件方面，有震动、跌破、撞击、碰撞、涉水、外火等等。从机理上看，有电芯化学反应的问题，也有模块强度、焊接结构强度、固定结构强度等变化的问题。针对这些机制和情况，一汽主要从七个方面保障新能源电动汽车的安全:一是进一步明确技术路线方向；第二，构建整个系统的安全理念；第三，在开发和管理的业务过程中，要把安全纳入整个业务的管理框架；第四，一些具体的安全技术。第五，验证好实验；第六，提供前端和全流程服务；第七，监控系统。这里简单介绍一下一、二、三和五、六和七，重点是电池安全技术方面的一些做法。这是整个战略方向。今年7月，一汽还发布了一汽新能源战略，概括为“353”:“3”和三条技术路线。未来新能源技术路线一汽三条线并行。“5”包括燃料电池、系统安全、电控、电驱动、电池系统五大核心总成。我们也分别给这五个系统起了名字，分别是氢、安全、控制、驱动、能源。动力电池以数据为核心，构建了五层电池全生命周期管理框架。第一，基础研究和数据平台。其次，是业务痛点的建立和市场分析。第三，数据处理和模型建立。第四，在整车上的应用，以及对用户的服务。第五，通过引入云数据，优化车辆应用和电池回收的应用。这里的核心基础是基础研究，包括电池的失效和电动车的安全性，而核心的核心——电池必须尽可能的安全。二、安全的安全观对于建立全体员工的安全观是非常有用的，尤其是对于整个行业，包括制造和营销。电动汽车还是一个新生事物，在产品规划、R&D、营销的过程中经常会有一些冲突。比如在DSOC低温下很难保证动力和加速度和传统车或者新车一样，在这种情况下如何平衡。包括在电池温度过高，需要冷却系统保证电池安全的情况下，如何与乘员舱的冷却系统进行平衡。应该说，在产品定义、开发、制造的全过程中，如何平衡以安全为核心的产品和功能，在现阶段还是很重要的，所以树立安全理念也是很重要的工作。第三，围绕安全。我们在整个业务链上梳理了一个V型的安全全系统流程，包括安全目标的制定，围绕安全目标对车辆需求的分析分解，各系统安全设计的实施，再到总成的实施，再到相应的验证，总成验证，车辆验证，包括制造，生产，维修，监管。第四，重点关注第四个方面，也就是我们围绕安全设计的具体做法。通过对滥用的识别、失效模式的分析、失效机理的判断、产热速度的预测、传热路径的确认和危害的评估，对电池系统整体来说是一种积极的安全设计，每一步都导致对联锁时空和电池组的控制，每一步都有一些相应的控制和判断。围绕这样的正面设计，构建了四重安全保护体系，包括电池安全、车辆安全、充电安全和使用安全。围绕这四个方面，构建了16个具体方面、54项具体的安全防护措施，确保整个动力电池系统在全生命周期内的安全。下面我将结合这54项中的一些具体的防护措施，从其中的几项进行介绍。第一，碰撞的安全性。刚才戴院长也介绍了，我们在这方面的工作也有相应的相似之处。一方面，在低速时，保证了在车辆与底部发生碰撞时，电池不会因为车辆的撞击或碰撞而变形。另一方面，我们构建了双向高压断电系统，即高速车辆发生碰撞时，如果安全气囊开始工作，整车高压系统要在1毫秒内同时断电，以保证整个高压系统的安全。第二，BMS的优化。我们把数据从云端导入BMS，因为我们公司有相应的车辆数据监控系统，建立寿命模型并估计电池的实时状态，在边缘把这些数据导入BMS，丰富了BMS的功能，使BMS的控制精度和估计精度更高，可以实现早期故障预警。第三，电池热失控的预警。云的历史数据和实时监控数据包括环境压力和系统状态，以及……将这些信息整合在一起，构建一个热失控预警开发模型，然后将这些预警模型应用于整车的热失控系统。一方面通过热失控模型预警的系统诊断实现对高压系统的维护，另一方面车载终端、云端、仪表为驾驶员提供相应的热失控预警信息，包括后台服务。第四，主动灭火系统。目前我们和浙富开发的系统还在开发阶段，从之前的实验来看效果很大。一方面，系统可以主动对热失控模块和单体进行灭火实验。另一方面，由于所使用的灭火介质是一种热熔比很高的介质，它吸收大量的热量，通过这种吸热可以降低电池组内的温度，从而可以隔绝电池组内的热量引起汽车内部空间的火灾。IP防护、防水、安全的整体设计:目前这个工作还在迭代的方面。目前我们的重点还是在实验验证上。其实符合国标，符合相应标准，防水事故应该还是会发生的。现在专注于安全实验，现在想通过电池碰撞实验，再做500周循环后的水下防水和安全实验验证。整车续航优化的评估:围绕车端和用户端，构建面向用户的基于数据的电池容量评估模型，然后将电池容量的评估模型引入安全系数，判断整车的安全程度，进而优化和保证整车的安全使用。用户BMS匹配:通过大数据和充电行为的分析，以及电池状态的评估，通过OTA优化车辆对应的BMS匹配。故障预警分析:基于用户的数据统计和数据探索，将这些数据引入诊断系统，优化BMS和用户的使用行为，通过电池运行数据改善用户的使用行为，保证更好的电池状况，延长电池寿命。第五，大的工作是验证好产品实验，这也是我们整个实验的一些内容。第六，全程服务，就是我们在全国五大区域建设了240个新能源汽车服务网点，保证车辆得到及时的维修和服务。第七，是专门监控我们整个产品的运行状态，实时保证车辆的安全。最后，为了保证整个电动汽车的安全性，我们也期待与全球所有的合作伙伴一起发展新能源汽车，保证我们整个新能源汽车产业的健康发展。

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