王芳(中国汽车技术研究中心首席专家)
我今天交流的内容分为三个方面,第一是电动汽车整车产品的评价,第二是关键部件的评价,包括电池电机和充电,第三是对可持续发展的一些看法。
首先,对于电动汽车来说,评价的内容和对象最直观的就是整车和关键部件的评价,其次还关系到充电兼容性方面的一些重点,另外还有关于充电系统这样的一些评估。广义上来说电动汽车的测试评价会涉及整个电动汽车从事研发、生产、制造、使用以及后期报废的全生命周期过程。今天换一个角度讨论对于电动汽车的测评我们从可用可控以及失控的评价三方面展开讨论。首先来看第一方面可用评价,实际上电动汽车的可用评价方面我们从老百姓、消费者最关心的内容来看,其实电动汽车的性能方面除了大家关心的安全以外,可能我们会关心到电动汽车的加速性能,比如加速时间和最高车速,也包括续航里程和经济性,比如能耗和排放,另外包括充电的便捷性和回收利用。我们在做评价的同时,除了正常的使用以外,也会考虑特殊的高寒、高热、高湿、高原等等的一些综合场景下,电动汽车应该表现出来的它的特征的产品的性能是什么样的?所以在这种情况下,实际上我们中心也联合全行业的力量,建立了EV和PSEV评价的体系,从消费者关心的性能出发,从主观和客观的性能的指标出发,去综合地评价电动汽车综合的性能表现,而这个对于企业产品的研发和提升也是非常重要的一个技术和数据的支撑。
第二个方面就是在可控评价方面,其实我是重点地讲一下它的安全性。安全性有四个方面的大的内容,一个就是电安全,第二个就是电磁安全,第三个就是充电安全,第四个我们会涉及到碰撞安全。
首先看一下电安全,因为电动汽车它的特殊性,它有高压的系统的存在,所以我们在对电安全关注的时候涉及几个层次,第一是正常使用的时候,第二是涉水或者是洗车的特殊状态下,另外包括碰撞后的电安全的几方面对于电安全的考虑,实际上它会涉及到绝缘耐压以及危险能量的评价包括对于人体防护的评价。实际上在中国我们作为全球的牵头国家,我们把我们对于电安全的认识和电安全评价的一些经验,作为法规的体验提到了全球的电动汽车法规里面,而且也已经写了进去作为全球法规的依据。
第二个安全就是电磁安全,其实电磁安全是环境安全,尤其是在现阶段的状态下,大家在这种智能化和网联化和电动汽车高度融合的状态下,我们对于电磁安全的关注也越来越多,在对电磁安全关注的同时一方面对于电池辐射的强度,另外一方面对于电池抗干扰能力的重视,这里我们在做评价的时候会把焦点越来越多地放在具有大功力充电的评价上以及品质提升的方面。
第三个安全是充电安全,其实充电安全在我看来是非常重要的环节,电动汽车的充电现在主要的形式包括交流的充电和直流的充电,包括包括这两年有一定突破的无线充电,相关的评价标准体系正在紧锣密鼓的制定当中。对于这种充电的过程当中其实会涉及到很多的部件和环节的内容,包括充电基本绳包括车辆端的整车控制系统和电池控制系统,包括充电站和充电设施的监控中心的安全运营。整个体系只要是任何一个环节出现了安全性的问题,都会导致有可能很严重的充电的危害的后果。
第四个就是碰撞安全,其实碰撞有很多的形式,包括正碰、侧碰、后碰、助碰等等这样的一些形式,不同的电池在车身上不同的安装位置和设计形式在碰撞的形式对电动汽车的影响是不一样的。各个车辆产品设计的时候可能要关注的侧重点也是不一样的。实际上对于电动汽车的碰撞评价来说,我们除了和传统车一样,对于人员的保护以外,可能还要把焦点放在另外两个方面,第一是对电安全的评价,另外非常重要的就是对于电池包本身在碰撞过程中相对于电动汽车来说,产生的相对位移以及可能产生的形变以及状态下有可能带来的安全的隐患。
再看一下失控的评价,实际上对于这方面来说我要讲一下消防安全和救援安全的评估,实际上目前这方面引起了大家越来越多的重视,大家知道电动汽车的特点,根据不同的使用的电池的体系,它发生事故的时候,燃烧的温度高,速度非常快,不同体系的差异非常大,还有个很大的特点是救援和火灾的扑救非常的困难,目前我们在这样的工作,正在和消防部门联合做综合的评价,会把工作的重点放在发生火灾的时候,起货的等级以及治灾水平是怎样的,我们要知道治灾的危害等级。同时在发生事故的时候,这种大量的烟雾以及有可能产生的毒气在一定空间上的扩散和危害等级也会做一些综合的评估,而这个是相关的一些标准和国际的法规在制定当中的。
第二个大部分是电动汽车关键部件的评价,我把电动汽车的关键部件分了这样几大板块,实际上对于电池、电机、充电板块的评价我认为在产品的开发当中是非常重要的,我们也在行业内成立了电池的测试联盟,充电和动力总成的测评工作组做大量的基础研究,我们看一下电池方面我命名多层级多功化和多尺度的全生命周期范围内电池的评价,这动作电动汽车整个的应用来说,我们希望从材料到电池到BMS到系统是综合的能够从不同的层级上去提升电池的产品的品质以及它的安全性。
首先其实我们知道电池的材料对电池来说它的性能是中间有非常复杂的购销关系,现目前或者之前几年里我们更多的是知道材料的性能也知道电池的性能,而中间是一个黑箱,我们期望能够打破黑箱的限制,找到他们之间复杂的购销关系,去更好地能够提升电池的这种性能。我们在测试的时候希望借助到这种有损和无损的测试方法,而且能够结合这种正向的测试评价和逆向的解析的手段的结合。我们再看一下电池方面,其实电池我们建了一个综合的评价体系,从它的性能、安全和寿命几个大的方面去对它综合的性能进行指标体系的评价,在这个基础上对于电池的管理系统提出了功能安全管理的要求等等以及算法的要求,最终到了系统层级跟整车一样对它进行可用可控可视控的评价综合提升电池产品的品质。
我稍微展开一下可以看一下性能,实际上这个是我们在这几年我统计了一下我们中心测试的电池的样品,可以看到从2015-2018年电池的能量密度,当然因为这是大家最关心的参数,大家可以看到能量密度从2015年的90瓦时每公斤提升到2018年前半年的时间是138瓦时每公斤,这个速度还是非常快的,技术的进展也是非常快的。它的传主率(音)也有明显的提升,2018年前几个月的测试我们可以看到传主率提到了0.74,我们从这个数据再挖掘一下它的背后数据,把它的体系分开看一下,林三铁里(音)单体能量密度144瓦时每公斤,系统层级是117,三元单体是183,系统是115,我们可以看到它的传主率分别是81%和83%,我知道林三铁里有一些传主率达到了85%。我们一方面可以看到的是技术的提升,另外就是不同体系安全性和电池性能特点的差异可能对于传主方面的要求是不一样的,对于传主技术的发展的要求也是不一样的。
实际上我们看到有一方面的担忧是什么呢?可能会受到补贴或者其他的影响,在电池的热管理的方面会有一些选择方面的考量,我在这几年的测试当中也会看到电池的集成技术的发展是非常的明显。电池包的设计和总体的优化技术进步是非常明显的。
我还是希望大家在电池包技术越来越成熟的时候,我们还是要关心到在电池的一致性的管理的重视程度,甚至生产制造的一致性的重视的程度以及对于这种电池的综合管理的重视。我们再看一下安全,大家看到这个图以后,其实知道电池的反应是电化学反应,安全是相对的,不安全是绝对的,也就是说电池的热氏泵(音)远远存在,我们想把安全提升到风险无限趋近于0的状态,这是我们的终极目标,基本目标要保障人员的安全,这个基础之上我们希望开展在电池的全生命周期范围内,大家可以看到可用的边界一直在变化、缩小,我们需要知道的是我们的电池单体的等级范围是什么,这个放热、产热的边界暴露图在哪里,我们知道了这个参数以后我们再去了解一个电池的热量传递到另外一个电池的传播路径和传热的发热量是怎样的状态,最终我们期望在整车的侧记这个电池报是可用而且是可控的,安全性也能够得到保障。
再看一下电机方面,简单提一下,无论我们从用户的需求、市场的发展还是技术的进步,我们可以看到其实电机的发展往集成化以及高转速的趋势发展的,这样的发展趋势也要求我们对于测试提出了更多更新的要求,对于产品品质的提升也提出了更高的要求,比如我们从原来单品子部件的测试逐步往整个总层级综合性能的评价上,也包括整个电机电控系统和电池匹配的评价上。在这里我们会重点关注到基于整个的实车使用工况下的安全可靠性以及功能安全的硬件评价。再看充电方面,简单提一下充电,我刚才说了非常重要,但是我们把焦点放在两方面,一个是充电的兼容性,一个是充电的安全,实际上我们会把它分为若干个方面来研究,我们重点第一个是充电连接装置会根据它的机械的可靠性和这种温升的温度的可靠性,也就是说充电时候温升的可靠性。
第二个就是这种单独的对车和对桩的兼容性和安全的评价。
第三大块就是车和桩的实车实桩匹配的测试,实际上我们去年在全国的5个城市几百个充电站点进行了充电桩和时车现场的匹配测试,也给出了综合的评价报告,涉及了多方面的内容,甚至包括消费者的便捷性以及充电的可靠性。
最后我们也会涉及到现在在做大量的无线充电的测试评价,最后提一下可持续发展。实际上刚才王主任提到了对于电动汽车发展的思考原由以及我们实际的目标,有节能能源、保护环境的初衷,这种环境下我们需要消除安全隐患这也是我们必须做的。另外电动汽车对电池在电动汽车使用的特点也决定了它在电动汽车上推延以后有很多的能量可以去使用,所以我们基本的原则梯次利用再回来,现在国家非常重视,先后形成了标准化的体系,溯源的管理体系以及梯次利用过程当中产品的管理。我们期望在未来能够形成从材料到电池到电动汽车再到梯次利用环节,最终又回到原材料闭环的发展。最后,要想电动汽车能够良性健康地发展,其实第一应该是安全为根本,第二应该是以消费者的需求为导向,第三个应该是以真正意义上的节能和环保为终极的目标。我想在这个基础之上我们电动车才必定能够健康快乐地发展,而我们对于电动汽车和关键产品的测评也是以这个为核心和灵魂的。