12月20-22日，“第七屆動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)（CBIS2022）”在上海浦東召開(kāi)。來(lái)自國(guó)內(nèi)整車、動(dòng)力電池、材料、設(shè)備等產(chǎn)業(yè)鏈頭部企業(yè)和行業(yè)機(jī)構(gòu)，以及國(guó)外部分在華產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)代表匯聚于此，共同圍繞新發(fā)展格局下，產(chǎn)業(yè)鏈交付、供應(yīng)鏈安全與保障、雙碳目標(biāo)與全球化市場(chǎng)新格局、材料技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等產(chǎn)業(yè)鏈核心議題進(jìn)行深入交流探討。

在12月20日舉行的“新能源汽車的全球供應(yīng)鏈變革”主題論壇上，上汽捷能高級(jí)總監(jiān)葛海龍先生發(fā)表題為《上汽魔方電池的安全設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)》的演講。

以下為演講實(shí)錄：

大家下午好，我是來(lái)自上汽研究總院捷能公司的葛海龍，受組委會(huì)的邀請(qǐng)讓我來(lái)談一談上汽在熱蔓延這一塊的一些經(jīng)驗(yàn)。

因?yàn)闊崧痈姵氐碾娦竞图墒歉叨认嚓P(guān)的，同時(shí)今天這個(gè)會(huì)場(chǎng)是關(guān)于電池產(chǎn)業(yè)鏈的討論，所以我想把這幾塊連接在一起。

我的分享內(nèi)部分為幾個(gè)部分：

第一個(gè)部分，上汽在整個(gè)電池產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上面的一些迭代過(guò)程。

第二個(gè)部分，電池安全考慮的一些維度。

第三個(gè)部分，被動(dòng)安全開(kāi)發(fā)，實(shí)際上是針對(duì)這個(gè)熱蔓延設(shè)計(jì)。

第四個(gè)部分，對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈做一些展望，就是本人的一些看法。

上汽是從2009年就開(kāi)始做電動(dòng)汽車，開(kāi)發(fā)的第一款電車是A00級(jí)的小車150，使用的是一款磷酸鐵鋰的電芯，整個(gè)電量大概在20度左右，車輛的續(xù)航里程在200公里左右。

到了2015年、2016年的時(shí)候，電動(dòng)汽車開(kāi)始發(fā)展起來(lái)，這個(gè)時(shí)候很多主機(jī)廠，尤其是傳統(tǒng)的主機(jī)廠做電動(dòng)汽車的方式都是基于傳統(tǒng)車做油改電。我們當(dāng)時(shí)的主要任務(wù)就是基于油車最大限度挖掘它的可用空間，來(lái)布置電池的電量。所以我們可以看到，當(dāng)時(shí)每款電池基本上形狀都是不一樣的，可以說(shuō)是為每輛車量身定制開(kāi)發(fā)。

到了2018年的時(shí)候，電動(dòng)汽車進(jìn)入一個(gè)高速發(fā)展的階段，這個(gè)時(shí)候我們開(kāi)始規(guī)劃專屬的電動(dòng)汽車的架構(gòu)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)覆蓋了從A級(jí)車到C級(jí)車，同時(shí)車型也有轎車、SUV、MPV，對(duì)電池電量的要求就非常多。

在這種場(chǎng)景下，我們?cè)瓉?lái)為單車量身定制開(kāi)發(fā)的模式已經(jīng)不適用了，我們必須要有一個(gè)平臺(tái)化的解決方案。同時(shí)，到了這個(gè)節(jié)點(diǎn)，因?yàn)殡姵氐碾娦炯夹g(shù)在進(jìn)步，以及市場(chǎng)的培育，用戶對(duì)續(xù)駛里程的要求是越來(lái)越高，對(duì)安全要求也越來(lái)越高。這就要求我們?cè)陔姵亻_(kāi)發(fā)過(guò)程中要提升效率、提升安全。在平臺(tái)化、集成效率和安全性這三方面的要求之下，就誕生了我們的魔方電池平臺(tái)。

我們整個(gè)電池開(kāi)發(fā)過(guò)程就經(jīng)歷了單包應(yīng)用開(kāi)發(fā)到單包自主開(kāi)發(fā)，再到平臺(tái)自主開(kāi)發(fā)，整個(gè)的技術(shù)發(fā)展也是從一開(kāi)始的標(biāo)準(zhǔn)模組，再到深度的CTB技術(shù)集成，整個(gè)過(guò)程轉(zhuǎn)化效率是越來(lái)越高。到目前為止，在量產(chǎn)的方形電芯里面，我們的集成效率應(yīng)該是做的最好的。

我們整個(gè)魔方電池的產(chǎn)品矩陣應(yīng)該是比較豐富的，既有覆蓋入門(mén)級(jí)的400、500公里的普通圖標(biāo)電池的需求，也有滿足主流500、600公里，甚至是700、800公里的需求，我們對(duì)應(yīng)的是綠標(biāo)電池。還有我們正在開(kāi)發(fā)的超長(zhǎng)續(xù)航的，超過(guò)1000公里的叫金標(biāo)電池。同時(shí)，這兩年因?yàn)?00伏和快充技術(shù)比較熱，我們也在開(kāi)發(fā)相關(guān)的產(chǎn)品，目前這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)入到試樣階段，明年6月份就能量產(chǎn)，目前這個(gè)性能能達(dá)到充電5分鐘行駛200公里。

下面講一講電池的安全維度，因?yàn)殡姵氐陌踩粌H是對(duì)于我們電池開(kāi)發(fā)而言，還是對(duì)于用戶而言都是最重要的。隨著這兩年電動(dòng)車進(jìn)入一個(gè)高速的發(fā)展階段，整個(gè)電動(dòng)車的保有量越來(lái)越高。隨著保有量的增大，也帶來(lái)了整個(gè)電池安全或者自燃事件的頻度越來(lái)越高，影響越來(lái)越大，這是某個(gè)媒體今年上半年公布的數(shù)據(jù)。僅今年上半年一季度，自燃的事件就有600多起。

我們對(duì)這些事故做了粗略的分析，得到一些粗略的結(jié)論。

第一個(gè)，大家講到這個(gè)電芯，首先想到磷酸鐵鋰比較安全，但是這個(gè)分析跟我們的認(rèn)知可能稍微有點(diǎn)差別。因?yàn)楫?dāng)前電動(dòng)車的保有量里面可能磷鐵數(shù)量是相對(duì)多的，這說(shuō)明電芯的相對(duì)安全并不代表電池包安全或者是整車的安全，不能劃等號(hào)。

第二個(gè)，對(duì)車輛工況做了一些分析，發(fā)現(xiàn)靜止停放下發(fā)生自燃的概率比較高。說(shuō)明電池在使用過(guò)程中，它的損傷是從量變到質(zhì)變的一個(gè)變化的過(guò)程，我們很難說(shuō)單次不正當(dāng)?shù)氖褂没蛘呤菫E用，會(huì)馬上對(duì)電池造成一個(gè)嚴(yán)重的損傷。

第三個(gè)，很多人可能擔(dān)心在這種高溫情況下，電池的安全性會(huì)不會(huì)差一點(diǎn)？實(shí)際上分析下來(lái)不是這樣的，這是因?yàn)楝F(xiàn)在的電池都有了很好的主動(dòng)的冷卻系統(tǒng)，所以高溫和常溫并沒(méi)有很大的差別。

因?yàn)殡姵匕踩@么重要，所以各個(gè)國(guó)家都制定了相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)，具體的方法其實(shí)都差不多，就是通過(guò)針刺或者加熱的方式來(lái)觸發(fā)單顆電芯失控，最后看整包進(jìn)入燃燒或者是熱失控之前，它能夠持續(xù)的時(shí)間。

具體的實(shí)驗(yàn)方法也是嚴(yán)格定義了這種實(shí)驗(yàn)的環(huán)境溫度，包括實(shí)驗(yàn)室都有電池的電量。但是從橫向比較來(lái)看，美國(guó)它的標(biāo)準(zhǔn)是相當(dāng)于最嚴(yán)格的，包括它的實(shí)驗(yàn)室的溫度是55度，這個(gè)電量是要求100%的SOC，甚至?xí)r間也要求1個(gè)小時(shí)。對(duì)于我們中國(guó)的國(guó)標(biāo)來(lái)說(shuō)，目前是5分鐘，但是很快會(huì)提升至30分鐘，整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是向著一個(gè)越來(lái)越嚴(yán)的方向在發(fā)展。

從前面的分析我們可以看到，電池電芯的安全并不代表整個(gè)電池包的安全，電芯只是第一步。磷酸鐵鋰電芯，只是說(shuō)在做集成的時(shí)候，它的難度相對(duì)低一點(diǎn)，我們需要從整個(gè)電池包全面地考慮這個(gè)安全問(wèn)題。

我們要考慮在使用過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生的一些過(guò)充過(guò)放，包括我們車輛在行駛過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生的一些碰撞，甚至是涉水等等，為此我們要做一些主動(dòng)防護(hù)。主要就是通過(guò)軟件方面的一些保護(hù)實(shí)驗(yàn)安全，同時(shí)在硬件結(jié)構(gòu)上我們要非常魯棒性的結(jié)構(gòu)防護(hù)。

另外除了主動(dòng)防護(hù)以外，我們?nèi)匀灰紤]萬(wàn)一意外發(fā)生，某個(gè)電芯它就是觸發(fā)了，我們也要保證整個(gè)電池包不會(huì)進(jìn)入一種失控的狀態(tài)。所以這里面還要考慮一個(gè)被動(dòng)安全的防護(hù)，包括隔離、疏導(dǎo)，甚至是一些防火。所以我們可以看到整個(gè)電池的安全是一個(gè)全面的考慮，從電芯到系統(tǒng)，從主動(dòng)到被動(dòng)，從隔離到疏導(dǎo)。

整個(gè)電池行業(yè)安全方面最難的應(yīng)該是全化學(xué)體系都能實(shí)現(xiàn)零熱失控。上汽的魔方電池做到了這一點(diǎn)。我們是如何做到的？就像前面所說(shuō)的，我們采用的是全面的措施，濃縮成幾個(gè)字叫做：遇導(dǎo)臥隔疏，以“臥”字來(lái)講就是我們魔方電池采用的是一個(gè)躺式補(bǔ)助的方式，它能夠最大限度的減少相鄰兩顆電芯之間的傳染路徑。同時(shí)躺式布置，電芯的防過(guò)閥是朝向兩側(cè)的，能夠天然降低整個(gè)安全的傷害。

我們做過(guò)一些對(duì)比分析，使用同樣的電芯和防護(hù)材料的情況下，我們躺式布置的安全性是遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于立式布置的電芯。

另外不得不說(shuō)的是，我們前面也說(shuō)了熱失控的標(biāo)準(zhǔn)是單個(gè)電芯觸發(fā)。我們魔方電池因?yàn)檎麄€(gè)架構(gòu)上先天性的優(yōu)勢(shì)，我們可以實(shí)現(xiàn)在單包多個(gè)不同的位置同時(shí)進(jìn)行針刺，也不會(huì)發(fā)生熱失控，這個(gè)我們相關(guān)的實(shí)驗(yàn)也和其他的機(jī)構(gòu)一起合作完成了。

下面重點(diǎn)講一講被動(dòng)安全開(kāi)發(fā)，整個(gè)被動(dòng)安全開(kāi)發(fā)的體系其實(shí)從層級(jí)上講，我們針對(duì)特定特性的電芯，加上為它開(kāi)發(fā)的隔熱和防火防護(hù)材料，再通過(guò)系統(tǒng)的集成，最后達(dá)到滿足我們?cè)O(shè)定的安全標(biāo)準(zhǔn)的電池系統(tǒng)。在每一個(gè)層級(jí)我們通過(guò)設(shè)計(jì)到仿真，再到測(cè)試，不斷的修整循環(huán)迭代。

在電芯層面我們通過(guò)電芯的測(cè)試，包括物理模型的推導(dǎo)，形成電芯的產(chǎn)熱模型熱失控的邊界和熱失控過(guò)程中它的一些參數(shù)和閾值。

在材料方面，我們具備從料片級(jí)到整包級(jí)這種篩選能力，我們通過(guò)和大部分供應(yīng)商去合作，開(kāi)發(fā)一些DOE實(shí)驗(yàn)來(lái)衰減不同特性的材料所具備的性能，最后建立了一個(gè)豐富的數(shù)據(jù)庫(kù)。

在系統(tǒng)層面，就是要包括從機(jī)械、熱、電，以及氣整個(gè)方面的結(jié)構(gòu)防護(hù)，同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中以這種失效分析模式為驅(qū)動(dòng)，最后在整包級(jí)別實(shí)現(xiàn)一個(gè)仿真性能和整包測(cè)試的閉環(huán)。

所以我們整個(gè)體系就是這樣一個(gè)雙環(huán)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)在這個(gè)過(guò)程中不斷地累計(jì)數(shù)據(jù)，最后實(shí)現(xiàn)一個(gè)完全閉環(huán)和不斷迭代。因?yàn)橛羞@樣一個(gè)流程，所以我們整個(gè)開(kāi)發(fā)周期可以大幅縮短，同時(shí)我們安全可以做到非常高的水平。

下面講一個(gè)簡(jiǎn)單的案例，就是我們?cè)陔姵亻_(kāi)發(fā)過(guò)程中，當(dāng)單個(gè)電芯觸發(fā)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生這種噴發(fā)物，如果你沒(méi)有一個(gè)合理的通道進(jìn)行疏散的話，它可能會(huì)在某些區(qū)域累積，從而讓相鄰的電芯失控。

我們?cè)谠O(shè)計(jì)中，要考慮比較好的疏導(dǎo)，具體的做法就是我們?cè)贏樣之前，通過(guò)相似的電芯的測(cè)試，來(lái)獲取相應(yīng)的參數(shù)，同時(shí)完成我們的設(shè)計(jì)。

在A樣的時(shí)候我們基于產(chǎn)品實(shí)際電芯的狀態(tài)做一些實(shí)驗(yàn)，對(duì)排煙通道進(jìn)行一些小系統(tǒng)級(jí)的驗(yàn)證和仿真。隨后進(jìn)入整包的測(cè)試環(huán)節(jié)，整包既包含了機(jī)械和電極整個(gè)制造過(guò)程的一些測(cè)試，所以在這個(gè)過(guò)程中我們會(huì)通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果再做一些分析和優(yōu)化，甚至做一些平衡，在性能和成本之間做些考量。最后，通過(guò)這些工作我們?cè)贑樣的時(shí)候就可以順利通過(guò)公告實(shí)驗(yàn)。

最后講一講產(chǎn)業(yè)鏈的展望，通過(guò)前面的分析我們可以看出，整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是有收嚴(yán)的趨勢(shì)。從5分鐘到30分鐘絕對(duì)不是終點(diǎn)，往后1個(gè)小時(shí)，甚至是零熱失控肯定是大勢(shì)所趨。在這個(gè)過(guò)程中，尤其是隨著電池電芯能量密度的提升，對(duì)防火隔熱材料的要求也會(huì)越來(lái)越高，將會(huì)催生整個(gè)行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的大發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展趨勢(shì)我個(gè)人總結(jié)是幾個(gè)方面：

第一個(gè)，性能提升。原來(lái)這個(gè)材料都是單一的材料，它的性能是有局限的。因?yàn)殡姵卦跓崾Э剡^(guò)程中是比較復(fù)雜的，既要有耐高溫的場(chǎng)景，也要有耐高的熱沖擊，所以單一材料很難滿足不同的需求。我們通過(guò)不同的材料去滿足不同的需求，最終把它復(fù)合在一起，會(huì)達(dá)到比較好的效果。

價(jià)格方面，隨著整個(gè)電動(dòng)車的保有量越來(lái)越大，整個(gè)整車廠的壓力也是越來(lái)越高，所以也要求材料廠有一個(gè)下降。以我們E1到E2的發(fā)展為例，我們材料的性能提升了，但是對(duì)于單位電價(jià)下防護(hù)材料的成本下降了30%。

最后，集成友好性。因?yàn)橐婚_(kāi)始受材料的局限，整個(gè)材料的應(yīng)用場(chǎng)景是比較局限的，所以隨著材料本身的突破和電芯技術(shù)的進(jìn)步，電池應(yīng)用場(chǎng)景會(huì)越來(lái)越多元化。在這種場(chǎng)景下，如果相關(guān)的材料供應(yīng)商在提升性能的同時(shí)，能夠兼顧電池結(jié)構(gòu)件的一些結(jié)構(gòu)性能的要求，把它集成在一起，那么對(duì)于我們的成本、安裝和輕量化將是非常好的一個(gè)選擇。

謝謝大家！

（注：本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)演講嘉賓審閱，僅作為參考資料，請(qǐng)勿轉(zhuǎn)載?。?/strong>