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比亚迪周贵树:动力电池技术创新促进新能源汽车市场化

2020-08-17 浏览次数:2,125 次 原创

2020年8月13日-15日,“2020中国汽车论坛”在上海隆重召开。该论坛是由中国汽车工业协会(CAAM)主办,世界汽车组织(OICA)、世界经济论坛(WEF)唯一支持的行业顶级论坛。本届论坛以“新变局 新挑战 新思路——引领中国汽车新征程”为主题,紧扣时代脉搏, 求索突破之道,紧密围绕“十四五”规划,把控宏观产业形势,解析全球汽车产业发展动态。其中,在8月15日上午举办的“推进新能源汽车市场化”分论坛上,比亚迪股份有限公司—弗迪电池上海动力电池研发中心副总监周贵树发表了主题演讲,以下为演讲实录:


比亚迪股份有限公司—弗迪电池上海动力电池研发中心副总监周贵树

周贵树:孙总有事未能过来,我就代表他做动力电池创新的分享。我简单说一下,我们现在叫比亚迪弗迪电池,弗迪电池在动力电池开发中心这一块我们是深圳总部,我们深圳和上海是一体的,都是研发中心,深圳这边更关注于纯电和高密度,上海侧重于混动和高功率这一块,我来自于上海动力电池开发中心的周贵树。前面有好多专家阐述了新能源汽车市场化,特别是像李主任,他讲了很多电动车的情况。

在当前来说,我们新能源汽车整个形势比较喜人,但是有一定的问题,更多像政策因素还是起到大的作用。总有一天我们的政策会退坡或者大面积推动自动化,我们后面还是要面对终端消费者,在这一块对于终端消费者来说,他可能管理的核心问题,比如说续航里程能不能像燃油车更高的续航里程、价格、安全这一块,这些问题转换成动力电池来说,我们如何用更高的能量密度、巡航里程来满足我们的诉求,再加上材料降低、能耗降低来降低成本。

我来介绍一下我们比亚迪今年做的动力电池创新,这个创新分为六个方面吧,我们希望电化学的体系、结构、制造,以这三个为主。同时在安全评价、测试评价以及开发方法与创新这一块进行全方位多层次的创新。

首先看电化学体系,像材料这一块我们的能量密度、寿命安全是关键性的,现在市面上主流是两大体系,一个是三元一个是磷酸铁锂,三元最早来说是从2012年,也经历了111然后是523再就是622,目前来说我们有两个方向,一个是说用高电压,再有就是811高镍体系将来满足我们超高密度的需求。再从价格诉求来说,我们也在开发去钴化和无钴化的研究,还有更高的能量面度我们在开发NCMX的体系。

对于磷酸铁锂的研究来讲,这也是我们最有优势的项目,它唯一的缺点是能量密度偏低,但是也有很多方法来改善。通过我们这些年来的材料工艺进展,我们现在市面上密度已经达到的160Wh/Kg,我们新的一代可能往190或者更高,虽然它的密度和三元没得比,但是它有安全优势,我们会在结构、体积等方面进行优化,最终接近三元。

这也就是我们材料具体化的这一块,对于磷酸铁锂这个材料来说,我们也经历了一系列的研究,从微米化到纳米化改善我们的低温性能,我们纳米化压实会有很多问题,所以我们做了很多工艺研究。

对于三元来说,为了应对高镍带来的气胀等,我们也做了很多表面包覆以及掺杂以及二次颗粒等。负极体系还是石墨这种体系,我们进行表面处理。在能量密度时我们主要 方向是人造为主,人造这一块我们还有很多能量密度工作去做,另外我们还有过氧化物和负氧等也在做。

对于其他方面 像电机这一块,我们基于溶剂体系、功能型添加剂这一块,我们会有部分的体系,比如说高低温兼顾等,我们也有耦合技术。像这种急流体和非液态体我们更多的是箔这一块我们减了十个微米。隔膜这一块在整个行业做得比较快,减薄做到了原来的一半左右,为了应对金属异物或者特殊要求,我们自己开发了超级的安全涂层等,这些得到了一些高性能或者不同性能领域的要求。

基于以上这些除了材料方面,我们有两种体系可供大家选择,比如说需要超高能密度我们用高镍811体系,我们要超长寿命的就用LFP磷酸铁锂体系,这个可以根据用户需求切换。

第二个部分就是结构创新这一块,结构创新就是说在传统里面,最左边VDA建模是比较熟悉的,VDA是早期主机厂联合制定的,对于我们动力电池推广和应用这一块也做了很多的贡献。随着慢慢发展越来越追求更高的能量密度时,这中间我们开始越来越简化模组设计,中间有一代叫590模组,它更简洁。最终来说核心电子厂家做的还是CtP一块,我们相当于终极能量密度从VCTP到Pte,这样体积更低、零部件更少,不同的厂家也有不同的方案,我们比亚迪也推出刀片电池VCtP的方案。

我们总共说差不多实现了零部件40%的降低与减少,这样也就是说50%体积能量密度提升,成本这一块也有大幅度下滑。在结构创新更具体化还有一个就是轻量化,轻量化就是用到整车能量密度还有一个就是能源消耗这一块,我们要做轻量化这一块是什么呢?跟我们整车安全防护有些矛盾感。我们从整车和消费者来说需要越来越高的安全防护,矛盾要统一的话。

一个核心就是说高度集成,在我们刀片电子CtP里我们做了很多集成,比如说典型的就是说我们在这种强度和密封这一块,我们采用了蜂窝式结果,它本身很轻但是抗压和抗振动能力很强,一般来说抗极压是150千牛,我们可以达到450千牛的。领域我们IP67就是一个顶尖水平了,但是我们现在合力做到IP68了。

另外就是托盘,常规来说是底部方步,我们液冷、加热都占用空间又增加质量,我们这里集成到了一个模块,也就是冷却、加热、绝缘等功能都放在一块。配电箱我们也是把很多功能集成在一块,这些集成既是轻量化也是小体积化。

在BMS这一块,像我们所有BMS自主研发设计制造的。到2004年我们就开始BMS研发,我们到现在已经经历了三代更新换代。最早分离式的器件很多接线,整个布局很混乱,慢慢开始分布式以及标准兼容式。当然我们现在做的是什么呢?一个是准备把很多功能集成到一块,不仅是BMS,我们会继电器、漏电报警器集成在一块,这样体积更小化,另外就是新的一代我们会把内存大幅度增加,这样在SOA的检测我们就可以迭代一些复杂的计算公式以及自学习功能,提高精度和检测。

然后就是上面讲的结构创新,在工艺创新这一块,像技术创新与智能化、精益化的结合。技术创新就是高精度、高安全、低成本。我们现在在配套系统这一块,基本上都实现了2.0的精密度。

再比如说以连接技术来说,一般像连接这一块有一个超声焊和激光焊大家比较好理解,还有我们模组连接时有一个螺接,螺丝这一块做到一致性是非常难的,我们全设备螺丝系统当中可以控制50%扭矩的输入精确度,并且每个工位在拧螺丝时这个数据直接传输到服务器的后台,在智能化这一块,我们后面可以检测到电池在某个时间段它的参数怎么样,来自于哪台设备和原材料,反向也可以追溯。这个就是我们工艺创新的核心。

再说到安全这一块,我们始终把安全放在我们的第一位,安全这一块我们比亚迪形成了七重维度、四个层级、五大方面的评估。涵盖单体、模组等基本所有短路模式,我们现在在安全理念也在不停的升级,我们从被动安全做到主动安全这一块,被动安全这一块大家比较好理由,在事故发生之后我有足够的强度,比如说装车、防爆阀开启以及BMS中止。

我们做的主动安全是什么呢?我们开始做智能BMS,希望通过BMS对我们电视检测,比如说检测时发现这里有异常,这个时候异常没有发生只是有现象,就要及时预警。另外比亚迪的新能源车都有一个原料数据,可以监控开空调、检测等,后台服务器运行时会检测运行的速度、电池的问题以及电池电压等一系列数据,这个数据我觉得后面方便我们一些大数据预警这一块。

可靠性这一块的测试,我们除了传统循环、振动、智能除湿这一块,我们如何更贴近用户更贴近实际?对于用户来说往往是行驶过程中记录进行综合起来做一个复杂的工况,我们测试评价或者寿命预测更精确。基于这个,我们现在也建立了非常全面的测试评价体系,主要涵盖除了基本电池性能之外,我们分了五个模块,比如说Cell特性、动力性、耐久性、可靠性、安全性。

Cell就是基本性能、容量尺寸。除此之外我们更多关注可靠和安全这一块。比如说我们内部测试这一块,我们在刀片电池一系列研发我们已经建立了几百项测试,第一位是可靠性然后就是安全这一块。在开发过程方法创新这一块,模拟仿真驱动的模型,另外就是模组和电子包的级别,以及我们工艺过程当中设计不同的分数以及涂层,这些都是仿真。

在这个过程当中我们开发了很多分析方法,比如说材料层我们由原位的SRD这个可以观察材料的变化,还有一些截面的分析以及做3D重构,可以把某一个电池极片,只有几十微米很薄,我们还会分析孔隙分布。

现在我们经过这些年的技术创新以后,我们形成新的6S技术理念,这是从我们刀片技术研发来说,6S是指超级寿命、超级安全、超级强度、超级续航、超级功率、超级低温这一块可以达到600公里续驶里程,强度这一块像刚才我们做了很大集成化的蜂窝结构、底盘结合,在振动也好,远远超出当前国家和国际的标准,超级功率这一块,不光是一个加速度,我们实现3.9秒超跑的加速,还有三十多分钟的快充,以及我们有很好的加热系统,对于用户来说不用考虑差异。

6S理念形成之后,我们目前已经在推广其他车型里去,像比亚迪性能车分为两大方面,商用车以及私家车里,还有特种车辆,我们在做的就是以6S理念为基础,首先把安全放在第一位,通过材料和结构方面的创新,解决里程焦虑问题,然后我们优化驾驶体验,最关键的就是材料和结构创新降成本,然后再实现智能化。我的报告就到这里,谢谢大家。

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)

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