Mr.Heinz-Willi Vassen:电池技术与安全

2020年8月13日-15日,“2020中国汽车论坛”在上海隆重召开(www.whox.cn)。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14日下午举办的“全球汽车技术发展领袖峰会”分论坛上,奥迪中国数字化及新能源汽车高级研发总监Mr.Heinz-Willi Vassen(范恒威)发表了题为《电池技术与安全》的精彩演讲。以下内容为现场演讲实录:

范恒威:非常感谢赵福全教授,大家下午好!我非常高兴来到这里,我叫Mr.Heinz-Willi Vassen,我是来自于奥迪中国数字化及新能源汽车研发总监,同时我是在北京工作,我今天想讲一下新能源电池系统以及我们面前的挑战。

首先,我们谈到了中国,中国现在是新能源车型的领导市场,中国现在可以说是汽车产销量世界第一的大市场。而且也可以看到像中国也有非常好的电池企业像宁德时代、比亚迪等。中国锂电池全球产量第一,现在也面临产业转型升级,在全产业链的保障,从原材料开始的保障,现在是非常重要的。新能源汽车它可以说采用非常新的技术,它非常有益带来各方面的利益,所以我们需要促进它进一步发展。

无论是交通运输方面还是其他方面,我觉得中国目前的战略都是正确的。

这里我想给大家看一下,这个是我们奥迪新的纯电动车,这也代表了我们未来发展方向,它叫做奥迪E-tron,接下来我们会推出它本地的版本,我们在所有关键零部件上包括动力电池都是由本地供应商来生产的,现在我们可以做到充电时间40分钟,而且可以最高达到200公里的时速,百公里加速时间也是非常优秀,少于5.7秒就可以达到超过50公里的时,我们也可以看到它的续航里程非常长,是在NEDC下可以达到470公里。

奥迪也推出E-tron CT的车,这个车采用800伏电路设备,它代表未来的方向,它最高可以达到功率峰值430千瓦,加速时间3.5秒,它在WLTP之下续航里程达到400公里以上,充电时间可以在20分钟之内,当然这也要去看功率和充电站的性能,我们可以实现非常快速的充电。再看一下这是我们未来的车型。这是我们纯电平台,E-tron它是在MEB平台之上建立起来的,我们还有像在J1高性能平台建立起来的JTI高性能车,还有奥迪Q4的E-tron车,它是我们现在非常关注的工作,关系到未来高端车品牌的建设。

必须要去促进,像在中国可持续性供应链的建设,我们知道有三分之二车型,它都是在传统平台上建立起来的,除此之外我们也在发展我们MEB的平台,现在我们需要考量一个新的汽车动力思维方式。而且我们也非常希望能够和合作伙伴建立更加深入的合作,我们在这方面非常开放,我们在中国已经有了很多合作伙伴,为我们提供汽车锂离子电池,包括像力神、比亚迪、宁德时代等,而且我们希望建立平衡的供应商和合作伙伴的格局,满足我们快速增长的需求,能够去满足整个市场在未来的需求。

所以,我们可以说不能够把所有这种责任都放在一个供应商身上,希望让大家都获得平衡的发展,这是我们最早2018年决定做的开发项目,希望把未来的体量和供应商合作伙伴之间进行很好的平衡。

首先,对于汽车锂离子动力电池的发展,依然是高度变化和动态化的,不同市场参与者所处的阶段和成熟度不一样,奥迪和大众对于整个电池的性能有比较独特的期望,一般情况下我们的产品部会直接从市场上拿来用,我们会有独特的需求。因此我们也开启了电池电芯的项目,到现在不断加强,有六家合作伙伴,包括我们有MEB纯电动汽车平台,并且共同分享我们的投入、产出。

我们也在整个汽车流程上、技术规格上对我们都非常重要,要建立起很好的合作。有的时候我们宁愿多花一点时间把这两块做好。另外关注中间建立每一个里程碑的时刻,也做了大量样品测试,除此之外我们在中国有一个合作伙伴已经开始生产做SOP。今年下半年也会有MEB平台上有另外一个电池电芯项目。

另外还有一个指令第二个合作伙伴,也会在我们未来平台上进行合作,我们已经开始了动力电池电芯产业化过程,对于我们大项目而言进入到几个关键的里程碑,当然这只是第一个最关键的里程碑,我们后面还有一系列开始生产的,希望能够在中国建立起坚实的供应链,之前穆拓睿博士也给我们介绍了合作伙伴非常重要,我们在中国也是进一步开展了合作伙伴,包括我们持股26成为国轩高科第一大股东,也是在国内知名做动力电池的厂家。大众集团已经有超过10亿欧元的投入入股,也是建立我们整个电动出行驾驶链上的布局,也是代表奥迪对中国的承诺,也是对中国新能源汽车、电动汽车市场的一种承诺。

接下来进入更为具体的电池技术,除了供应链提到的挑战,包括技术本身在快速变化,我们往未来看,最早是从磷酸铁锂差不多十年之前,这也是乘用车最早用的。现在使用了三元材料,最早是111、然后是532现在是622,现在同样市场上也有这样的一系列产品,都是希望能够推高能量密度,但要确保它是非常好的驾驶里程。

除此之外电芯本身跟十年之前相比也有很大的变化,有的大小翻了一翻或者翻了两翻甚至三倍,我们在这中间要满足安全性的要求,尤其是一系列热失控、热事件、热管理,右边有一张小小的照片,其实也列出了排放气体最高的问题,最高达到1200度。我们要去管理这样的情况,这是三元811这款电池热失控的事件,要管理好高温的排放气体温度,也是一个很大的挑战。这也是我们所要提到必须要充分了解,包括我们选择不含钴,包括磷酸铁锂的发展。我们已经从之前所发展的能量密度,从120发展到更高170,这是不含钴的磷酸铁锂电池能量密度。

同样,我们也会关注安全行为以及循环寿命,大家这个中间也会关注成本,不仅只是考虑高能量密度,我们要关注它的安全和成本,所以过去十年当中磷酸铁锂的发展得到了很好的发展,安全方面更是优势,循环寿命更好,优化的磷酸铁锂电池能量密度也已经高达170,所以它已经再次被考虑应用在乘用车当中,我们看一下在LFP磷酸铁锂上做的一系列测试,无论是过充、短路、开路、针刺、热稳定性,其实现在跟同样高能量的三元材料电池相比,我们在安全目标、系统级别也更容易实现,所以这也是我们考虑的。

除了上面所提到的技术方面发生的变化,另外我们会在一系列法规方面包括测试流程上也发生很大变化,举例而言,在电芯水平上有些测试像过充从之前150%SOC减少到120%的SOC,我们看到针刺试验被取消,另外对于所有模组安全测试也被取消了,但是增加的是系统级增加安全测试,包括热扩散现象,尤其是要关注热失控,必须要给到司机足够的警告,至少五分钟之内需要确保电池系统外是没有明火的。所以我们使用过程当中要给司机足够的安全冗余,实现五分钟的时间让他离开这个车,这些都是合情合理的。

除此之外随着这些材料也在发生变化,这些变化和法规的变化都是同步向前走的,下一步我们要从整个行业脚步大家不断吸取经验教训做优化,与此同时投资也是如此。我们在这中间要实现哪些地方是我们可以控制的,比如说热失控的事件,包括在电池系统内的我们可以关注整个气体排放的通道、电芯之间的隔热垫,另外也安装温度包括气体感应器、使用防火材料放在模组的上侧,另外还有特种气体排放设备,所有这些也是技术上可能的。

从另外一个角度,因为现在的系统是空间给定的,如果没有办法在给定空间内实现这样的变更,这样会直接影响到汽车电池系统的接口,它带来的成本是高昂的,而且对于开发者而言挑战是巨大的。 如果进一步展望未来,在不久将来我们已经看到这两种材料,一个是磷酸铁锂,一个是三元电池材料,它们现在都占了很大的市场份额,也许对于磷酸铁锂而言,对于这些运动型的跑车也会有很多的使用,对于不同的细分市场电池系统会不一样,包括电芯的处理会不一样,这样磷酸铁锂处理系统和三元锂电池系统会不一样。同样也会带来系统复杂性的提高。也许同一款车会不会有两套不一样的系统?另外也能给到我们更好的机会,给到市场更好的产品。

除此之外,很重要的一点,我们也需要确保所做的测试在零部件级满足测试,另外这过程中间不止是去倾向性只是关注中间或者看好中间一个系统或者材料,不同的材料需要有不同的措施。另外对于纯电动汽车而言,必须要有高效、安全的系统设计,有的时候不仅是在电芯层面,整车层面实现设计,所以我们回答的问题是在哪里安装解决方案?我们也在不断思考和做测试,前面提到的零部件测试和法规,不仅是关注某一个指标,我们希望能够是整体的技术解决方案,从整体上能够带来高效、优化的结果,因此设计时也要有一定的冗余度和自由度未来做出灵活调整的可能。

另外对于技术解决发展,我们要强调有开放竞争的理念和心态,不止是去关注其中一种。另外除了供应链和技术方面的问题。我们所面临另外一个技术挑战或者一个很火的话题,对于新能源汽车会提到充电器,对于我们客户而言基础设施非常相关,对于我们所有的用户他们必须在充电方面要有非常正面积极的一种体验。在市场上我们看到在不同的城市,也许这里有深圳、北京以及不同的充电运营商在各地城市当中,因此数量很多,数量很多一方面不是一件坏事,对于技术商业的竞争是有好处的。另外一方面所有充电运营商自己有独特的软件提供商和硬件,它们自己都是在和相同标准化界面上合作非常不容易,因为这中间会有软件的问题和解析方面的问题。

如果在中国做一系列充电解决方案,我们会发现差不多有43种不同的充电桩的型号,因此背后有完全不同的观察,比如说在充电,有的时候基础设施和车之间的干扰,有的时候充电速度很慢,预计很多的车在同样地方都在充电,因此充电的功率总体就比较低,甚至有的时候发现充电没有办法被启动,甚至充电没有办法被访问得到,可能充电站本身有这个地方或者停车站的问题等。

所有这些也是奥迪车希望解决的,当然现在因为软件无法统一、充电标准无法统一,给我们用户带来一系列不便,这也是我们解决的痛点。另外这一页也给大家展示,比如说供应商有很多充电站充电桩,到了另外一个供应商这边,我们依然会发现一些大大小小软件和硬件的问题、解析错误等,充电真的是一个很大的痛点,而且我们在互操作性方面测试更多,给客户带来更好的便利性。

最后进入到一个简单的总结,中国已经成为锂离子电池全球产量第一,整个行业也非常愿意继续向前投入,并且非常关注未来需求,无论是大众还是奥迪,也面临着整个汽车锂离子动力电池快速增长需求,同样这对我们而言是一个非常重要的市场,预计在中国这部分的量会起来,我们也会和本地合作伙伴紧密合作,现在已经提到我们两个平台上已经有六家合作伙伴,我们也在不同的里程碑上尽力可持续的培养供应链。我们希望在中国也能够去反哺全球。

除此之外,我们也提到一系列材料和法规所发生的变化,对于某个人而言都是带来一些挑战,也有很多的经验教训和不断去优化投资的机会。不同的技术背后是需要不同解决方案的,我们也非常愿意去看到在电极层面所进行的测试,还是要去支持对于技术解决方案的公开竞争的环境。包括缺乏统一的充电标准还是给我们纯电动汽车用户带来极大的不便,我们需要提出在充电桩互操作性方面进行更多的测试。对于基础设施和汽车都是需要同步进行方案,当然这并不容易,这是非常重要的界面,我们希望未来在这一侧做出更多的进展,谢谢大家的聆听。

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)

作者:王鸣幽

来源:第一电动网(www.d1ev.com)

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