《金砖锂电论坛》万里平:高质量电子电气系统加速汽车电气化转型

发布日期:2020-12-08

核心提示:由深圳市电池行业协会、第一锂电网共同举办的“2020中国国际锂电技术发展高峰论坛”于11月2日-3日在深圳会展中心盛大召开。本次论坛以“新技术、新应用、新发展”为主题,推动企业交流发展。
    由深圳市电池行业协会、第一锂电网共同举办的“2020中国国际锂电技术发展高峰论坛”于11月2日-3日在深圳会展中心盛大召开。本次论坛以“新技术、新应用、新发展”为主题,推动企业交流发展。 

    亿纬锂能股份有限公司电子电气研发中心总监万里平先生,在本次中国国际锂电技术发展高峰论坛为我们带来精彩演讲,他演讲的题目是《高质量锂电电子电气系统,加速汽车电气化转型步伐》。
万里平

    尊敬的各位与会嘉宾,今天非常荣幸能有这样一个机会跟大家交流锂电池前沿技术的课题,我关注的是电池系统里的电子电气,我们跟国际客户也好包括跟我们国内客户交流沟通也好,其实国内在动力电池本身包括它的化学体系以及结构方面研究都已经相对比较深入了,但是坦白说在电子电气这块还算是一个比较弱的项目,今天也是想借这样一个机会跟大家谈一谈我们对这个问题的看法,包括对趋势的预估。
 
    我的报告主要有四个方面,第一首先聚焦汽车电动化转型的趋势,第二从整车的功能视角下看一下锂电系统要做到一个什么样的规格才能满足车用的标准,第三主要介绍一下从我们的认知,我们怎么开发出一个高质量的电子电气系统,最后介绍一下我们的战略或者我们主推的方案。
 
    第一点,经过前面几年国家新能源战略的快速推进,大家可能对于汽车全面电动化大家稍微更加理性一点,可能从短期来讲汽车的全面电动化可能不会快速到来,真正快速到来的市场其实是传统车的电气化转型和升级,聚焦两个方面,一个是整车原来使用铅酸电池的系统,我们也会逐步走向锂电化的方向,第一是出于环保的要求,第二我们用锂电替换铅酸也有成本优势,整车十年使用周期来讲,铅酸电池肯定要更换两到三次,我们锂电系统可以确保十年内都不用更换,从而带来显著的成本优势,同时性能也会有质的飞跃。这是我们12V的战略。因为前面传统车上有发动机有启停的要求,所以对于12V系统更早出现的其实是一个带启停的12V系统,但是因为随着后面比如说我们整车电子电气架构包括48V系统引入,包括HEV的引入,甚至整车全面电动化,我们对于12V电源的要求会越来越低,所以到后面可能更多的就是一个基础的12V电源系统,一个锂电系统,我们首先认为这是一个会快速到来的市场。第二是48V的市场,48V对传统车的改动是最小的,可以以最低成本满足碳排放、污染物排放的要求,结合这两点看,我们觉得48V可能会比HEV或者比全面电动化来的更早更快,尤其可能在2023年会作为锂电化一个主流的市场应用场景。我们在这里谈12V谈48V也不是为了排斥HEV或者全面电动化的路线,只是因为这个路线对于我们成本控制,对于锂电池安全性的担忧,对于电子电气系统的改进是一个革命性的东西,所以它孕育的时间更长,这也是我为什么提到我们首先到来的可能更多的12V和48V的市场,然后我们同时会逐步有HEV的市场,到2023年以后可能我们的全面电动化才会快速的推进或者说快速的到来,这是我们对这个市场的认知。
 
    基于这样一个认知,对车的要求,我们从整车的角度怎么看待一个锂电系统,锂电系统在整车起一个什么样的功能。这边是从网上找的图,但是它能够很好的表达我所要表达的意思,其实从整车功能的角度来讲,我们锂电首先作为能量源,这是锂电系统叫电气的部分,同时我们锂电池还要配合整车其他的功能,这个其实就是我们电子的部分,所以说从这个角度来讲,我们的锂电系统一定是要能够完全满足整车电气系统的基本要求,在这个基础上我们再来谈安全性,谈性能优越性,谈我们的成本。锂电电子电气系统的作用主要是在追求刚才提到的动力电池电芯的性能和整车使用需求的平衡,这个平衡有两层意思,第一层意思在设计阶段如果电子电气系统设计的足够稳健足够优越,我们完全可以使用更少的电芯来满足同样的续航里程,这是第一点,从这个点上我们能明显的感觉到电子电气系统会直接影响到整车锂电系统的成本。第二点,电子电气系统主要负责寻求使用过程中的动态平衡,同时动态平衡使用过程中我们有能力保证它的安全性能,同时还要保证八年质保的要求。这个角度来讲,我们的电子电气系统像电芯一样是锂电系统里面一个非常关键的子系统,它影响成本、安全、寿命,所以我们必须要有足够的重视。
 
    这块是我们讲的关于如何构建高质量电子电气系统的必由之路,我们做锂电池有非常长的阶段,当然也非常有经验,所以对电气的理解包括它的基本特性、老化特性我们都有非常好的基础,但是今天我想强调更多的是系统层面的理解,其实对于电子电气系统这样一个东西来讲你要做好它一定需要一个系统性的知识,它要靠什么来保证?第一,传统的设计开发能力以及验证测试能力,我们还需要靠流程体系来做保证,前面两块更多的是强调小团队或者个人的能力,但是只有在流程体系把个人或者小团队的能力强化成整个公司大团队的能力,我们才能真正的把这个系统做好,因为电子电气牵扯到机、电、热甚至还有很多控制方面的能耗,所以一定是团队化的合作。这块是我们目前已经具有的比较突出的能力,对于电芯这块我们无论从基本的性能仿真到老化的预测到功率的预估,包括快充策略我们都有非常好的基础,我们这块能力已经获得了高端客户的认可,所以说这块我们有非常好的基础。第二块,我们关于产品的全生命周期管理的能力,从市场前期我们会做充分的市场调研,制定对应的产品策略,当我们制定好这个产品策略之后,我们会有一个专业的和非常强大的开发团队来执行我们前期定义好的产品策略,确保我们前期定义的产品性能都能够完美的得到实施,并且在产品生产后期我们有足够的管控能力,所以借助于这个PLM系统我们可以对产品生产周期做一个有效的管控。
 
    说到电子电气,里面最核心的主要是BMS,对于电子系统来讲真正爆故障或者会说话的就是BMS,所以一般出了问题大家都是找BMS部,对于这样非常关键的部件我们怎么做好?首先BMS属于汽车电子的范畴,在汽车电子发展历史非常长,行业里非常多好的可以参考的流程体系,比如已经建立的ASPICE流程体系,它不光可以用来指导我们的软件开发流程体系,同时可以用来指导我们的系统设计,包括硬件设计以及机械设计,同时辅助于我们专业化的供应链体系,我们可以确保产品从前期的需求分解到设计过程的完整性和考虑条件的充分性,到右端的测试验证的充分性,都可以做一个非常有效的保障,从而确保我们基于这套流程体系开发出来的东西能够满足高质量的要求。
 
    最后一块,我们谈功能安全不光跟BMS相关,因为功能安全也是一个系统的概念,它不光是牵扯到比如我们针对电子系统层级的一些分析,包括后面的比如生产过程的一些管控,其实它是一个方方面面的,当然BMS因为它是整个电子电气系统的核心,所以它是我们的主要工作点,但是我们也不能忽略从前期系统分析到后期生产管控的完整性,因为只有把整个流程都把握住我们才是真正的功能安全。最后一块,我们机遇我们现有的能力和规划,对未来的一个展望,谈两点,第一低压锂电系统的方向,低压锂电比如12V系统和48V系统,早期锂电系统里为了防短路有保险丝,还要有继电器,但是从保险丝和继电器的响应来讲,保险丝熔断需要时间,而且熔断之后不能恢复,对于继电器来讲它的切断和闭合都是有机械延迟的,当我们发生问题的时候要立即切断,但是由于继电器的响应时间我们没有及时切断,所以有可能还是没法防止热扩散的发生,我们现在正在做一些项目,包括规划,我们认为将来低压锂电系统里面只有两部分,第一部分就是模组,第二部分所有的都是BMS来做,也就是说我们刚才提到的保险丝、继电器都通过功率电子的电路实现,功率电子的好处是第一切断响应更及时,这个就带来了免维修,从根本上来讲也是提高了整个产品生命周期,降低了生命周期的成本,这是我们的12V锂电,48V锂电也是同样的道理,我们最早第一批可能更多是用保险丝用继电器,但是这个东西无论是从经济性包括维护性包括它的可靠性以及它的响应都不能满足我们后期的要求,因为从48V来讲,后面随着从P0P到P3、P4功率要求越来越高,所以我们采用切断响应更快的方式,才能在满足功率要求的同时确保产品是全生命周期免维护的。这是我们的低压锂电系统。
 
    高压锂电系统,从我们的角度来讲首先两个趋势,第一个趋势,最终高压系统里面BMS的软件功能可能都会(英文)到VCU或者预控里面,真正会留在我们(英文)内的更多的比如说单体的温度、电压电流(英文)的芯片,以及确保整个电子系统安全的比如高压采集以及绝缘检测甚至是继电器系统,类似这样的模块可能会留在包内,其他模块全部会移到包外,这样的好处从整车的角度是降成,另外一点我们简化包内的设计,通过减少系统的复杂度,提高系统的鲁棒性。还有一个趋势,无线的方式,我们也在布局无线通讯的模组,比如在一个模组上集成采集芯片,同时集成无线通讯芯片,这个芯片里面可能还有一些软件,这个采集板就跟我们模组全生命周期绑定在一起的,也就是说从出厂开始到最后,比如最后淘汰或者做梯次利用,它所有的信息都存在这个芯片里,通过这种方式我们才可以真正实现全生命周期管理的概念,锂电的出货量越来越大,但是锂电的梯次利用包括回收问题一直没有得到有效解决,通过我们前期考量来讲,我们增加这样一个功能,提高它的梯次利用有效性,从另外角度降低锂电产业对环境的影响。

 
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