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竹本英知:电动汽车驱动电池的耐久可靠性测试

发布时间:2015-10-7 11:37:15
网易汽车5月16日报道 2015年5月15日-16日,由中国汽车技术研究中心主办,中汽中心汽车试验研究所、汽车技术情报研究所、常州新能源汽车研究院等合作承办的“2015国际电动汽车及关键部件测评研讨会”在江苏常州召开。本次研讨会以“从产品示范到商业应用”为主题,以纯电驱动和充电系统测试评价为研究对象,重点围绕“整车开发与测试评价”、“关键部件开发与测试评价”、“电池系统集成与测试评价”、“充电系统测试评价”四个技术领域进行深入解析,为电动汽车整车及关键零部件步入市场规模化应用,以及充电基础设施创新升级提供技术指导和借鉴建议。
在本次研讨会上,本田技术研究所经理竹本英知发表题为“电动汽车驱动电池的耐久可靠性测试”的主题演讲。
以下为现场实录
我第一次来中国很高兴见到大家,我不会说中文,接下来用日文讲。
本田2013年运动型混合动力系统的车型比如飞渡、雅阁、讴歌在美国和日本上市,一部分车型正在在中国上市。这些新型的系统在原先ima的情况下进行改进,可以搭载在各种尺寸和特征完全不同的车型上,并且immd系统还上市了插电式混合动力系统的车型,这张图表呈现了混合动力系统和非混合动力系统的综合效率,横轴表示的是行驶值表达的能量,纵轴表现的是油耗。这里油耗单位是每升油跑多少公里,所以越往上代表油耗表现越好,图中的曲线表示消耗汽油的能力占行驶所需总能量比例的效率线,浅蓝色的部分代表混合动力,绿色部分代表非混合动力,可以看出混合动力对提高效率的作用是非常大的,可以看出当中本田的immd系统效率是更高的。
再次就以高效率的immd系统为例概述一下,按照两个电机取代了原来的变速箱,包括了电池智能动力单元安置在车的后部,immd将混合动力和插电式混合动力的零部件通用率达到最大化,只要追加电池容量和外部充电系统就可以制造出插电式混合动力车型。在这个图表中,我想介绍以下电池包和模块功率密度的进化,纵轴表示功率密度、性能的提高。电动车所用的动力电池是从镍氢电池开始的,作为镍氢电池的电池包锂电池就登场了。
在这里介绍一下掌握电动化关键的电池进展的动向,这个图的横轴是能量的密度,纵轴是功率的密度,混合动力为中心接到市场接纳,推广期动力电池是属于镍氢电池的,锂离子电池作为更加高性能的关键技术应用而生,要求锂离子电池可以根据用途的性能适合混合动力车型高功率型电池,还有适合纯电动车型高能量性电池,以及适合插电式混合动力比较均衡的电池。锂离子电池的技术进化还处于不断发展的过程当中,期待2020年会迎来更大的性能提升,认为也会因此带来电动汽车更大的进化和普及。这个图表示电池包和模块功率密度的进化,纵轴表示的是功率密度的性能的提高,表示电池模块重量密度和电池包的体积密度,镍氢电池是从2000年的车型开始应用,它的性能得到稳步的改善,之后功率密度从2012年登场的锂子电池开始匀速得到改善2014年开始新的混合动力系统所使用的锂离子电池性能更加进化了。经历了14年性能大概提高了17倍,作为电动汽车进化关键的电池性能提高,为了今后能够得到更大广泛的普及,安全性和耐久性在相当高的水平上保持平衡是相当的关键。
我来介绍一下关于安全性做的一些工作,作为汽车厂商来讲,保护顾客的安全是理所应当的,并且从电池制造过程到零部件的运输组装过程相关的所有人员,更换零部件的物流、保管以及最终的回收、分解、废气的这方面的安全性,综上所述这些安全性必须彻底进行考量。下面我先介绍对整车碰撞安全设计的理念,这个是对碰撞时候对它安全的设计,对于前后左右各方向发生的碰撞设置了吸收冲击力的冲击溃缩区,还包括保证乘客以及油箱免收冲击的保护区域,本田的基本想法是各款电动车把电池放到保护区域里面。
举一个比较代表性的例子,上面两张图表示设计阶段的冲击溃缩区和电池位置的设置,下面两张图表示的是实际发生碰撞实验以后的照片,可以看到碰撞所造成的变形被冲击溃缩区所吸收,油箱、电池同乘客一起避免受到伤害。下面我介绍一下对电池耐久性的测评,在车辆的整个生命周期当中,停车或者是放置的时间一般是最长的,图表中表示在放置过程中劣化的变化,横轴是时间,纵轴是劣化的维持率,温度和soc作为参数进行很多水平和样品的测试评价,掌握温度和soc各自的劣化系数,个体之间的差异的分布。
下面我再介绍一下在行驶和充放电循环的劣化形势,图表纵轴跟上面一样,横走表示时间,纵轴表示容量的维持率。把各项参数劣化系数,个体间差异进行排列,这些劣化的特性根据构成材料电级的设计、方法、条件来进行改善的,当然跟制造方法和电池材料是很有关系的,因此需要使用不同的电池来进行不同的条件测评。
根据这些条件来考虑,构筑起对电池劣化量进行高精度预测的模拟模式,在下面对车型不同进行预测模拟加入了一些条件,假如了实际环境当中的行驶气温以及日照条件这些因素,可以对所有用户的使用环境,对电池劣化的分布进行预测,可以看到在市场环境中所能预想到最严酷的使用情况下,在车辆生命周期中不需要进行电池交换,不进行交换对电池温度和soc的车辆设计和电池控制建立了这一个体系,这张图介绍插电式混合动力在各种使用情况下的劣化预测情况,右侧7个小图代表不同行驶状况下的例子,横轴是一天的时间,纵轴代表soc的变化,比如说1号的例子,使用者在家进行充免电的形式,随着离目的地越来越近,电池余量不断下降,在目的地进行充电后往会行驶,在回去的行驶过程中电量又在下降,刚才这样的循环表示一天的电池变化情况。可以看到,根据使用方式不同,电池的劣化情况也是不一样的。
下面还是以刚才1号例子为例,对模拟和实际电池的耐久测试的结果进行比较,红色的线是模拟的状况,蓝色的点是实际电池耐久测试的结果,可以看到几个非常精确的模拟实际耐久劣化的变化,使用锂离子电池作为动力电池的历史还是比较短的,可能还不能根据研究开发阶段这些比较浓缩的实验预测所有实际用户的使用状况,因此加强对实际市场上劣化状况的把握。这张图显示插电式混合动力雅阁在日本和美国市场上的实际数据,横轴表示经过的年数,纵轴代表容量的维持率,没有看到比开发阶段所预想到最严酷的使用环境劣化更坏的劣化结果。
也在对其他车型的实际劣化结果进行统计,本田推出第一款锂离子电池的车型今天已经经历4年了,对所有车型当初是设计比较严苛劣化的预测预想,现在实际市场使用状况的统计结果还没有比当初预想的更坏,把耐久性策划模拟的模式,劣化的模式认为通过预测完全合理的预测实际使用状况,这个让非常有信心。这个是我最后的总结,首先是电动汽车用的电池的进化,随着混合动力汽车、插电式等电动汽车系统的变化,电池也在进一步进化,将电池的高性能、安全性、耐久性进行均衡的设计非常重要,根据几个对电动车辆电池安全的测评,考虑到电池从生产到废弃全过程安全性,确保搭载到车辆上对受到冲击等外力作用时,结构搭载布局的安全性进行了测评,电动汽车用的电池耐久性的测评,掌握soc准度等造成破坏的因素,铸造起模拟的实验对电池进行耐久性的劣化预测,构筑电池劣化模拟实验和实际测试结果相当吻合,到目前为止还没有出现在市场上实际结果超出劣化预测的状况,对实际市场耐久劣化的情况掌握今后还会不断的努力再做,以上谢谢。




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