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美克生严晓:从大众到特斯拉 中国汽车下一个发力点是什么?

2022-07-07 08:11来源:北极星储能网关键词:美克生能源动力电池新能源汽车收藏点赞

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近日,海关总署公布了我国今年5月份和1-5月份的汽车出口数据,其中5月份月度出口总量达到了23万台,同比增长35%;1-5月份出口108万台,同比增长高达43%。

而作为汽车出口大国,德国1-4月份汽车出口总量为79.5万台,日本多一些,112.6万台,也就是说中国1-4月份的出口总量已经超过了德国,位居世界第二。中国正在逐渐从汽车消费国转向生产大国,其中上海的车企贡献了极大的力量。

提到上海车企,就一定会提到特斯拉上海超级工厂,2021年,上海工厂向全球用户交付超过48万辆纯电动汽车,贡献特斯拉全球交付量的半壁江山。除了特斯拉,自主品牌的崛起更是重中之重,上汽大众的母公司上汽集团5月份销量也达到了8.6万台,同比增长97%,今年1-5月累计销量更是接近了30万台。为了今天如火如荼的中国汽车行业,上海走了整整30年。

——上海美克生能源创始人兼首席科学家严晓

大众 

中国汽车工业的奠基企业

大众集团是目前全世界最大的汽车公司之一,1938年由波尔舍一手创立。大众旗下的品牌包括大众、斯柯达、西雅特、斯堪尼亚、杜卡迪、宾利、兰博基尼、保时捷、布加迪等。

上海大众成立于1984年,当时的上海安亭镇,还是被一大片农田包围的乡野,汽车生产线就是靠工人敲敲打打。上海大众的诞生与成功,为我国汽车制造实现了0突破,并在很大程度上促进了中国汽车开发体系的建设与完善,促进了中国汽车零部件供应链的高标准发展。

上海大众在中国风雨三十年,成为中国汽车工业的重要奠基企业。大众不仅投入大笔资金建设生产工厂,实现本土化生产,还扶持了大批本土零部件巨头,形成了成熟的供应链,为国内自主品牌崛起奠定了基础。

特斯拉 

中国新能源车产业链完善者

我国是一个贫油国家,所以对新能源汽车的发展布局较早,早在2004年就发布了相应的政策,鼓励车企发展新能源技术。2009年,国务院发布的汽车产业调整与振兴计划,首次提出了大规模发展新能源汽车的目标。2012年,为了鼓励车企的研发,国家给出了每个项目10亿~20亿的研发补助。2013年,国家进一步加码,给出了购车补贴、免购置税、新能源牌照等多项政策优惠。

虽然利好政策不断,但是国产新能源车真正爆发却是在2018年。2018年特斯拉宣布在上海建立超级工厂,“一石激起千层浪”,国产新能源车开始了加速奔跑,一改油改电的风格,真正的电动汽车走向了市场。

不仅是新能源车的升级,整个产业在特斯拉“鲶鱼效应”的影响下,都得到了飞速发展,快充技术、辅助驾驶、电控、电池、电机都取得了长足的进步,制造电动车需要的所有技术和零部件,中国都能够实现自研、自产,中国成为新能源汽车行业产业链最为完备的国家。

“充电检测”安全预诊断技术

电动汽车行业可持续发展的发力点

供应链成熟、产业链完备,我国具备了高质量发展新能源汽车行业的“天时地利人和”,进入了打造具有全球影响力新能源汽车发展高地的时代。接下来进一步完善产业链,营造公平合理的竞争环境,才能崛起更多的“大众和特斯拉”,为我国乃至全球的碳中和目标贡献力量。

除了产业链的完善,新能源汽车的安全性也不容小觑。据国家发改委介绍,2021年,我国新能源汽车保有量达到784万辆。国家消防总局的统计数据显示,2021年全年新能源汽车火灾共发生3000余起。如果以这两个数据为基础,可以估算出2021年新能源汽车火灾发生率在万分之三点八左右。

今年6月份,国家应急管理部公布了2022年一季度新能源汽车火灾数据——共计640起,同比上升32%,平均每日超7例火灾,动力电池安全问题不是“浮出水面”,而是亟待解决。

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知名新能源品牌汽车最近一次起火情况

图片来源:奇偶派

目前新能源车对安全事故的评级分成三个等级:

1. 发现故障,汽车启动故障报警;

2. 系统识别故障后,汽车功能受限;

3. 绕开了汽车监控系统,突发冒烟、起火、爆炸。

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2020-2022年各汽车品牌发生自燃事件次数统计

图片来源:奇偶派

有关机构统计了86起被报道的新能源汽车火灾,其中充电时起火22起、行驶中起火20起、静置时起火31起和碰撞事故后起火6起。

【1】

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新能源汽车起火状态统计

图片来源奇偶派

虽然是小规模统计,但是这个结果不难看出,和燃油车碰撞起火不同,新能源车起火更多出现在静置状况下。尽管业内对新能源车静置状况下起火暂时并没有统一的说法,但锂电池本身在生产过程中的瑕疵或是电池老化带来的问题可能是主要原因之一。

根据学术研究发现在低温高倍率充电条件下,锂电池的锂离子会在负极与电解液的界面堆积(称为析锂)、堆积到一定程度就有可能会产生锂枝晶(是指采用液态电解质的锂电池在充电时,锂离子还原时形成的树枝状金属锂单质)。当锂枝晶生长到一定程度时,就会触破电池隔膜导致电池内短路,最终引发安全事故。

而动力电池的安全检测、保护策略的不完善、不精准,也会导致停置状态下动力电池系统事故的发生。

电动汽车的“充电检测”安全预诊断技术可填补这方面的空白。上海工程大学动力电池实验室严晓课题组对锂电池的衰老过程进行了加速老化实验和全生命周期容量从100%到30%以下的测试试验【2、3】,从中发现锂电池在衰老过程中内阻、容量和自放电参数等电池关键参数(Key Battery Parameter,KBP)的变化规律;同时发展出能实现对动力电池进行快速检测的充放电检测设备“电池医生”【4、5】,其核心在于“电池医生”中的数据分析模块能通过对正常充电数据进行分析得出电芯层面的KBP【6】;通过分析电池模组加速老化数据时发现KBP和电池包的电压极差在电池包热失控前有先兆【7】。如果在充电过程中电芯层面的数据能获取并进行快速分析获取KBP就有潜力杜绝大部分充电和充电后静置带来的安全事故,为电动汽车行业全生命周期安全保障,成为行业的可持续发展的发力点。

“充电检测”安全预诊断技术原则上可适用于所有搭载动力锂电池的新能源汽车,但落地的难点在于充电过程中算法要能对单体电芯层面的电压数据进行有效分析。如果要把算法布置到充电桩,就需要在充电过程中能获取单体电芯的电压数据,但是目前的充电国标GBT27930-2015对单体电芯数据的传输仅为可选项,使得通过纯粹的第三方机构“充电检测”安全预诊断技术在操作层面增加了挑战。

我们认为解决这一问题最佳的途径是先在某个城市建立地方标准要求在充电过程中电动车必须向充电桩传输单体电芯数据,在新能源车主插电充电的同时,对电动车电池状态进行云检测,实时生成检测报告,针对内短路热失控、正常老化失效等故障,提前一个月就做出预警,持续守护新能源汽车用电安全。

在试用足够长时间能充分体现“充电检测”安全预诊断技术的效果后,就可从最佳实践中提炼出国家和国际的充电规范和标准,让这样的“充电检测”安全预诊断技术为每一辆电动汽车进行充电安全保障。在解决了核心安全问题的同时,“充电检测”安全预诊断技术还可以在动力锂电池全生命周期使用过程中提供至少以下几项有价值的数字服务:

1)好好充电延寿:通过检测报告指导车主根据检查结果科学安排充电时段、充电倍率和满充SOC,避免过充等问题,有效延长动力电池寿命;

2)缓解里程焦虑:量化电池健康状态、校正内置电池剩余容量算法,大大缓解车主里程焦虑;

3)闭环售后维保:在检测报告触发需要预警维保后,引导车主到指定的维护保养服务站,维保人员根据检查报告对问题电芯的定位和预先设计的维护保养规则对问题电芯所在的电池箱进行均衡或替换等维保措施,形成闭环售后服务;

4)有效梯次利用:“充电检测”安全预诊断技术还可以延伸出动力电池的早期残值预估,为动力电池退役前事先寻找最佳的梯次利用场景,在梯次利用时继续对每一个电池箱进行安全预诊断,让锂电池全生命周期的价值最大化。

2021年1月1日开始实施的《电动汽车用动力蓄电池安全要求》中特别增加了电池系统热扩散试验,要求电池单体发生热失控后,电池系统在5分钟内不起火不爆炸,为乘员预留安全逃生时间。但动力电池五分钟内不起火不爆炸的强制标准只能算是新能源汽车发展的及格线。未来,新能源汽车还将迎来更多的消费者,在以卓越的驾驶性能带给消费者们舒适使用体验的同时,从根源杜绝车辆起火,让车主开上放心车,才能真正保证新能源汽车的可持续发展。


【1】奇偶派《越来越多的新能源汽车,为何燃烧不止?》

【2】武鑫,严晓,王影,黄碧雄,刘中财,三元锂电池内阻特性的研究,电源技术,2019, 43(4):568-570+684.

【3】林文衡,严晓,王影,黄碧雄,刘中财.磷酸铁锂电池表征内阻特性的研究.电源技术,2019,43(07):1116-1118+1124.

【4】黄赛杰,徐敏,郑小鹿,严晓,黄碧雄.动力电池充放电检测系统的设计与实现.储能科学与技术,2019,8(01):146-154.

【5】央广网《上海工程技术大学“电池医生”亮相本届工博会 瞄准新能源汽车充放电“诊断”》

【6】徐敏,刘中财,严晓,黄碧雄,王影,王炯耿.容量增量内阻一致性在线检测方法.储能科学与技术,2019,8(06):1197-1203.

【7】M. Xu et al., "Early Warning of Lithium Battery Progressive Fault Based on Box Plot," 2019 3rd International Conference on Electronic Information Technology and ComputerEngineering (EITCE), 2019, pp. 1072-1075,doi: 10.1109/EITCE47263.2019.9095033.


原标题:严晓:从大众到特斯拉,中国汽车下一个发力点是什么?
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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