欣旺達(dá)翟冬：打造全生命周期無熱失控的電池安全系統(tǒng)
安全問題重于泰山。行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，今年前三個(gè)季度，中國新能源汽車產(chǎn)銷分別完成631.3萬輛和627.8萬輛，同比分別增長33.7%和37.5%，市場占有率達(dá)到29.8%。隨著新能源車銷量、保有量及車輛使用年限增加，新能源汽車安全事件發(fā)生率及復(fù)雜程度也逐漸增加。
在第八屆動(dòng)力電池應(yīng)用國際峰會(huì)(CBIS2023)上，欣旺達(dá)系統(tǒng)集成部部長翟冬，作主題為《大數(shù)據(jù)預(yù)警平臺(tái)在電池安全方面的應(yīng)用》的演講，指出安全是行業(yè)的底線。“電池作為新能源汽車的主要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)，從某種程度上來講，它的安全決+定了整車安全的底線。”
圖為欣旺達(dá)系統(tǒng)集成部部長翟冬演講
翟冬援引行業(yè)數(shù)據(jù)，2021年新能源汽車安全事故發(fā)生率約為0.03%。其中，在充電時(shí)產(chǎn)生的安全事故大概占25%，停放時(shí)是37.5%，自然行駛時(shí)候占32.1%。他指出，安全事件是行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，行業(yè)需要解決的是如何保證造出來的電池包是安全的。
01
疏堵結(jié)合的安全防護(hù)
據(jù)介紹，欣旺達(dá)做了很多基礎(chǔ)理論研究和安全驗(yàn)證。“T1時(shí)間從觸發(fā)安全問題，到能夠檢測到安全事件基本是秒級(jí)時(shí)間。從T1到T2，第一顆電芯失效到內(nèi)部產(chǎn)生熱蔓延大概是數(shù)十秒;如果沒有防護(hù)或者防護(hù)失效，可能在數(shù)秒到數(shù)十秒內(nèi)整個(gè)包就產(chǎn)生熱蔓延。”翟冬表示，在極端惡劣的情況下，在數(shù)秒之內(nèi)整個(gè)包就會(huì)達(dá)到無法控制的狀態(tài)。
據(jù)翟冬介紹，對于安全問題，欣旺達(dá)的解決思路一個(gè)是疏，一個(gè)是堵。堵的方面，欣旺達(dá)在電芯層級(jí)、模組層級(jí)和系統(tǒng)層級(jí)都做了大量防護(hù)措施。在疏方面，欣旺達(dá)在預(yù)防安全上下足了功夫，搭建大數(shù)據(jù)平臺(tái)監(jiān)控不同車輛電池的安全狀態(tài)。目前欣旺達(dá)在網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控的車輛接近20萬臺(tái)，歷史累計(jì)車輛也將近百萬臺(tái)，在電池安全數(shù)據(jù)方面有很多積累。
整個(gè)大數(shù)據(jù)基于三端。“車端基于整車提供的硬件平臺(tái)，通過T-box和云端設(shè)備能夠及時(shí)收集采集電池包相關(guān)數(shù)據(jù)。”翟冬介紹道，欣旺達(dá)還會(huì)在云端基于大數(shù)據(jù)衰減機(jī)理分析和大數(shù)據(jù)方法進(jìn)行融合，對每一個(gè)電池包進(jìn)行差異性管控。
“電芯是一個(gè)化學(xué)品，每一秒都在變化，有可能前一秒電池表現(xiàn)都是ok，后一秒會(huì)產(chǎn)生安全事件。因此，建立差異化醫(yī)療檔案或者是數(shù)據(jù)記錄，對于整包安全分析非常重要。”翟冬強(qiáng)調(diào)。同時(shí)欣旺達(dá)還會(huì)制定專項(xiàng)地面端檢測手段，或者對電池進(jìn)行維護(hù)。從而實(shí)現(xiàn)在車載段、云端和地端構(gòu)建出三端結(jié)合的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。
上述整個(gè)工作是基于三個(gè)模型。一個(gè)是機(jī)理模型，主要用于分析電池壽命衰減、異常安全。另外是信號(hào)分析，從整車上收集到很多電池信號(hào)，包括電壓、電流以及溫度信號(hào)，會(huì)跟機(jī)理模型結(jié)合做安全評(píng)估。第三是數(shù)據(jù)發(fā)掘，可以用來評(píng)估除電芯安全之外整車的其他安全項(xiàng)。基于此可以做線上電芯老化預(yù)估，包括微短路監(jiān)控、分鐘級(jí)或者小時(shí)級(jí)安全預(yù)警。
翟冬展示了一些歷史數(shù)據(jù)。針對電芯內(nèi)短路或者異物導(dǎo)致電芯異常放電進(jìn)行安全預(yù)警，欣旺達(dá)安全方案可以做到提前半年以上，短的提前三四個(gè)小時(shí)識(shí)別出異常電芯。“當(dāng)然識(shí)別出異常并不是最難的，最難的是要做到能夠在識(shí)別的同時(shí)不誤判，這非常考驗(yàn)閾值設(shè)定和整個(gè)數(shù)據(jù)分析能力。”他說。
除了內(nèi)短路的檢測之外，大數(shù)據(jù)還可以做電池SOC差異分析，“如何在小的差異里面，能夠把異常電芯識(shí)別出來，這個(gè)是我們當(dāng)前以及以后要長期做的工作。”翟冬介紹，另外還可以對容量單體的異常進(jìn)行分析，與SOC原理基本一致，基于電池衰減模型，設(shè)定兩個(gè)階段值，用來做報(bào)警和最終判定。
02
全生命周期NP
除了預(yù)警電池包本身的安全事件，大數(shù)據(jù)還能做更多事情。比如，分析預(yù)警整個(gè)高壓回路。這包括預(yù)警整車端電機(jī)、電控的安全，對高壓回路內(nèi)阻和溫度的異常進(jìn)行監(jiān)控，通過安全邊界設(shè)定去判定某一車輛高壓回路是安全或者是異常。
通過大數(shù)據(jù)還可以做電氣件壽命分析。“整車?yán)锝?jīng)常會(huì)遇到電芯粘連或者Fuse的異常熔斷，但是通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)在熔斷那一刻并沒有產(chǎn)生很大異常，我們發(fā)現(xiàn)熔斷是一個(gè)累積過程。”翟冬介紹說。
因此，欣旺達(dá)對熔斷器壽命做了一個(gè)預(yù)估模型，發(fā)現(xiàn)Fuse壽命跟它的使用時(shí)間、使用溫度和最高溫度的持續(xù)時(shí)間相關(guān)。當(dāng)Fuse壽命達(dá)到壽命末期的時(shí)候，已經(jīng)出現(xiàn)明顯導(dǎo)通能力下降以及溫升異常，F(xiàn)use部分已經(jīng)熔斷接近壽命終點(diǎn)。
“我們的大數(shù)據(jù)模型，基本上可以識(shí)別94%左右的安全事件，熱失控檢出率可以做到88%以上。”翟冬表示，欣旺達(dá)大數(shù)據(jù)平臺(tái)對于整個(gè)系統(tǒng)目標(biāo)，是要做到全生命周期NP，無熱失控，無熱蔓延，“這一塊還有很多路要走，當(dāng)前我們已經(jīng)走在正確的路上”，他說。
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