Mr.Heinz-Willi Vassen:電池技術與安全

2020年08月14日20:48:27 汽車 1690

2020年8月13日-15日,「2020中國汽車論壇」在上海隆重召開。該論壇是由中國汽車工業協會(CAAM)主辦,世界汽車組織(OICA)、世界經濟論壇(WEF)唯一支持的行業頂級論壇。本屆論壇以「新變局新挑戰新思路——引領中國汽車新征程」為主題,緊扣時代脈搏,求索突破之道,緊密圍繞「十四五」規劃,把控宏觀產業形勢,解析全球汽車產業發展動態。其中,在8月14日下午舉辦的「全球汽車技術發展領袖峰會」分論壇上,奧迪中國數字化及新能源汽車高級研發總監Mr.Heinz-Willi Vassen(范恆威)發表了題為《電池技術與安全》的精彩演講。以下內容為現場演講實錄:

Mr.Heinz-Willi Vassen:電池技術與安全 - 天天要聞

范恆威:非常感謝趙福全教授,大家下午好!我非常高興來到這裡,我叫Mr.Heinz-Willi Vassen,我是來自於奧迪中國數字化及新能源汽車研發總監,同時我是在北京工作,我今天想講一下新能源電池系統以及我們面前的挑戰。

首先,我們談到了中國,中國現在是新能源車型的領導市場,中國現在可以說是汽車產銷量世界第一的大市場。而且也可以看到像中國也有非常好的電池企業像寧德時代、比亞迪等。中國鋰電池全球產量第一,現在也面臨產業轉型升級,在全產業鏈的保障,從原材料開始的保障,現在是非常重要的。新能源汽車它可以說採用非常新的技術,它非常有益帶來各方面的利益,所以我們需要促進它進一步發展。

無論是交通運輸方面還是其他方面,我覺得中國目前的戰略都是正確的。

這裡我想給大家看一下,這個是我們奧迪新的純電動車,這也代表了我們未來發展方向,它叫做奧迪E-tron,接下來我們會推出它本地的版本,我們在所有關鍵零部件上包括動力電池都是由本地供應商來生產的,現在我們可以做到充電時間40分鐘,而且可以最高達到200公里的時速,百公里加速時間也是非常優秀,少於5.7秒就可以達到超過50公里的時,我們也可以看到它的續航里程非常長,是在NEDC下可以達到470公里。

奧迪也推出E-tron CT的車,這個車採用800伏電路設備,它代表未來的方向,它最高可以達到功率峰值430千瓦,加速時間3.5秒,它在WLTP之下續航里程達到400公里以上,充電時間可以在20分鐘之內,當然這也要去看功率和充電站的性能,我們可以實現非常快速的充電。再看一下這是我們未來的車型。這是我們純電平台,E-tron它是在MEB平台之上建立起來的,我們還有像在J1高性能平台建立起來的JTI高性能車,還有奧迪Q4的E-tron車,它是我們現在非常關注的工作,關係到未來高端車品牌的建設。

必須要去促進,像在中國可持續性供應鏈的建設,我們知道有三分之二車型,它都是在傳統平台上建立起來的,除此之外我們也在發展我們MEB的平台,現在我們需要考量一個新的汽車動力思維方式。而且我們也非常希望能夠和合作夥伴建立更加深入的合作,我們在這方面非常開放,我們在中國已經有了很多合作夥伴,為我們提供汽車鋰離子電池,包括像力神、比亞迪、寧德時代等,而且我們希望建立平衡的供應商和合作夥伴的格局,滿足我們快速增長的需求,能夠去滿足整個市場在未來的需求。

所以,我們可以說不能夠把所有這種責任都放在一個供應商身上,希望讓大家都獲得平衡的發展,這是我們最早2018年決定做的開發項目,希望把未來的體量和供應商合作夥伴之間進行很好的平衡。

首先,對於汽車鋰離子動力電池的發展,依然是高度變化和動態化的,不同市場參與者所處的階段和成熟度不一樣,奧迪和大眾對於整個電池的性能有比較獨特的期望,一般情況下我們的產品部會直接從市場上拿來用,我們會有獨特的需求。因此我們也開啟了電池電芯的項目,到現在不斷加強,有六家合作夥伴,包括我們有MEB純電動汽車平台,並且共同分享我們的投入、產出。

我們也在整個汽車流程上、技術規格上對我們都非常重要,要建立起很好的合作。有的時候我們寧願多花一點時間把這兩塊做好。另外關注中間建立每一個里程碑的時刻,也做了大量樣品測試,除此之外我們在中國有一個合作夥伴已經開始生產做SOP。今年下半年也會有MEB平台上有另外一個電池電芯項目。

另外還有一個指令第二個合作夥伴,也會在我們未來平台上進行合作,我們已經開始了動力電池電芯產業化過程,對於我們大項目而言進入到幾個關鍵的里程碑,當然這只是第一個最關鍵的里程碑,我們後面還有一系列開始生產的,希望能夠在中國建立起堅實的供應鏈,之前穆拓睿博士也給我們介紹了合作夥伴非常重要,我們在中國也是進一步開展了合作夥伴,包括我們持股26成為國軒高科第一大股東,也是在國內知名做動力電池的廠家。大眾集團已經有超過10億歐元的投入入股,也是建立我們整個電動出行駕駛鏈上的布局,也是代表奧迪對中國的承諾,也是對中國新能源汽車、電動汽車市場的一種承諾。

接下來進入更為具體的電池技術,除了供應鏈提到的挑戰,包括技術本身在快速變化,我們往未來看,最早是從磷酸鐵鋰差不多十年之前,這也是乘用車最早用的。現在使用了三元材料,最早是111、然後是532現在是622,現在同樣市場上也有這樣的一系列產品,都是希望能夠推高能量密度,但要確保它是非常好的駕駛里程。

除此之外電芯本身跟十年之前相比也有很大的變化,有的大小翻了一翻或者翻了兩翻甚至三倍,我們在這中間要滿足安全性的要求,尤其是一系列熱失控、熱事件、熱管理,右邊有一張小小的照片,其實也列出了排放氣體最高的問題,最高達到1200度。我們要去管理這樣的情況,這是三元811這款電池熱失控的事件,要管理好高溫的排放氣體溫度,也是一個很大的挑戰。這也是我們所要提到必須要充分了解,包括我們選擇不含鈷,包括磷酸鐵鋰的發展。我們已經從之前所發展的能量密度,從120發展到更高170,這是不含鈷的磷酸鐵鋰電池能量密度。

同樣,我們也會關注安全行為以及循環壽命,大家這個中間也會關注成本,不僅只是考慮高能量密度,我們要關注它的安全和成本,所以過去十年當中磷酸鐵鋰的發展得到了很好的發展,安全方面更是優勢,循環壽命更好,優化的磷酸鐵鋰電池能量密度也已經高達170,所以它已經再次被考慮應用在乘用車當中,我們看一下在LFP磷酸鐵鋰上做的一系列測試,無論是過充、短路、開路、針刺、熱穩定性,其實現在跟同樣高能量的三元材料電池相比,我們在安全目標、系統級別也更容易實現,所以這也是我們考慮的。

除了上面所提到的技術方面發生的變化,另外我們會在一系列法規方面包括測試流程上也發生很大變化,舉例而言,在電芯水平上有些測試像過充從之前150%SOC減少到120%的SOC,我們看到針刺試驗被取消,另外對於所有模組安全測試也被取消了,但是增加的是系統級增加安全測試,包括熱擴散現象,尤其是要關注熱失控,必須要給到司機足夠的警告,至少五分鐘之內需要確保電池系統外是沒有明火的。所以我們使用過程當中要給司機足夠的安全冗餘,實現五分鐘的時間讓他離開這個車,這些都是合情合理的。

除此之外隨著這些材料也在發生變化,這些變化和法規的變化都是同步向前走的,下一步我們要從整個行業腳步大家不斷吸取經驗教訓做優化,與此同時投資也是如此。我們在這中間要實現哪些地方是我們可以控制的,比如說熱失控的事件,包括在電池系統內的我們可以關注整個氣體排放的通道、電芯之間的隔熱墊,另外也安裝溫度包括氣體感應器、使用防火材料放在模組的上側,另外還有特種氣體排放設備,所有這些也是技術上可能的。

從另外一個角度,因為現在的系統是空間給定的,如果沒有辦法在給定空間內實現這樣的變更,這樣會直接影響到汽車電池系統的介面,它帶來的成本是高昂的,而且對於開發者而言挑戰是巨大的。如果進一步展望未來,在不久將來我們已經看到這兩種材料,一個是磷酸鐵鋰,一個是三元電池材料,它們現在都佔了很大的市場份額,也許對於磷酸鐵鋰而言,對於這些運動型的跑車也會有很多的使用,對於不同的細分市場電池系統會不一樣,包括電芯的處理會不一樣,這樣磷酸鐵鋰處理系統和三元鋰電池系統會不一樣。同樣也會帶來系統複雜性的提高。也許同一款車會不會有兩套不一樣的系統?另外也能給到我們更好的機會,給到市場更好的產品。

除此之外,很重要的一點,我們也需要確保所做的測試在零部件級滿足測試,另外這過程中間不止是去傾向性只是關注中間或者看好中間一個系統或者材料,不同的材料需要有不同的措施。另外對於純電動汽車而言,必須要有高效、安全的系統設計,有的時候不僅是在電芯層面,整車層面實現設計,所以我們回答的問題是在哪裡安裝解決方案?我們也在不斷思考和做測試,前面提到的零部件測試和法規,不僅是關注某一個指標,我們希望能夠是整體的技術解決方案,從整體上能夠帶來高效、優化的結果,因此設計時也要有一定的冗餘度和自由度未來做出靈活調整的可能。

另外對於技術解決發展,我們要強調有開放競爭的理念和心態,不止是去關注其中一種。另外除了供應鏈和技術方面的問題。我們所面臨另外一個技術挑戰或者一個很火的話題,對於新能源汽車會提到充電器,對於我們客戶而言基礎設施非常相關,對於我們所有的用戶他們必須在充電方面要有非常正面積極的一種體驗。在市場上我們看到在不同的城市,也許這裡有深圳、北京以及不同的充電運營商在各地城市當中,因此數量很多,數量很多一方面不是一件壞事,對於技術商業的競爭是有好處的。另外一方面所有充電運營商自己有獨特的軟體提供商和硬體,它們自己都是在和相同標準化界面上合作非常不容易,因為這中間會有軟體的問題和解析方面的問題。

如果在中國做一系列充電解決方案,我們會發現差不多有43種不同的充電樁的型號,因此背後有完全不同的觀察,比如說在充電,有的時候基礎設施和車之間的干擾,有的時候充電速度很慢,預計很多的車在同樣地方都在充電,因此充電的功率總體就比較低,甚至有的時候發現充電沒有辦法被啟動,甚至充電沒有辦法被訪問得到,可能充電站本身有這個地方或者停車站的問題等。

所有這些也是奧迪車希望解決的,當然現在因為軟體無法統一、充電標準無法統一,給我們用戶帶來一系列不便,這也是我們解決的痛點。另外這一頁也給大家展示,比如說供應商有很多充電站充電樁,到了另外一個供應商這邊,我們依然會發現一些大大小小軟體和硬體的問題、解析錯誤等,充電真的是一個很大的痛點,而且我們在互操作性方面測試更多,給客戶帶來更好的便利性。

最後進入到一個簡單的總結,中國已經成為鋰離子電池全球產量第一,整個行業也非常願意繼續向前投入,並且非常關注未來需求,無論是大眾還是奧迪,也面臨著整個汽車鋰離子動力電池快速增長需求,同樣這對我們而言是一個非常重要的市場,預計在中國這部分的量會起來,我們也會和本地合作夥伴緊密合作,現在已經提到我們兩個平台上已經有六家合作夥伴,我們也在不同的里程碑上儘力可持續的培養供應鏈。我們希望在中國也能夠去反哺全球。

除此之外,我們也提到一系列材料和法規所發生的變化,對於某個人而言都是帶來一些挑戰,也有很多的經驗教訓和不斷去優化投資的機會。不同的技術背後是需要不同解決方案的,我們也非常願意去看到在電極層面所進行的測試,還是要去支持對於技術解決方案的公開競爭的環境。包括缺乏統一的充電標準還是給我們純電動汽車用戶帶來極大的不便,我們需要提出在充電樁互操作性方面進行更多的測試。對於基礎設施和汽車都是需要同步進行方案,當然這並不容易,這是非常重要的界面,我們希望未來在這一側做出更多的進展,謝謝大家的聆聽。

(註:本文根據現場速記整理,未經演講嘉賓審閱)

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