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无处不在的仿真:把好动力电池安全关

2017/6/12    来源:e-works    作者:袁中直  e-works郝秋红      
关键字:动力电池  仿真  ANSYS  有限元  
仿真技术作为智能研发必不可少的一种使能工具,应用范围非常广泛,可以说“无处不在”。为了详细了解仿真技术在动力电池研发设计中的应用,e-works记者于2017年5月5日采访了惠州亿纬锂能公司副总裁袁中直博士。

    动力电池作为新能源汽车的核心部件,其使用性能和寿命严重影响着其产业的发展。锂离子电池以其体积小、比能量高、循环寿命长、环境污染小和安全性高等优点成为电动汽年的首选电源。其超高的能量密度虽然可以缓解续航里程短的缺点,但由于动力电池发热带来的安全问题却非常严重,各大动力电池生产企业都在竭力寻找解决此问题的捷径,有限元仿真技术便是捷径之一。仿真技术作为智能研发必不可少的一种使能工具,应用范围非常广泛,可以说“无处不在”。为了详细了解仿真技术在动力电池研发设计中的应用,e-works记者于2017年5月5日采访了惠州亿纬锂能公司副总裁袁中直博士。

图1 惠州亿纬锂能副总裁袁中直博士

图1 惠州亿纬锂能副总裁袁中直博士

践行绿色,矢志不渝

    亿纬锂能创立于2001年,2009年在深圳创业板上市,作为中国锂电池行业的领先企业之一,目前已形成锂原电池、锂离子电池、动力系统、储能系统等核心业务。在锂原电池行业,亿纬锂能取得了绝对的竞争优势,主要应用在智能表计、智能交通、智能安防等领域。亿纬锂能是第一家以锂离子电池为主业在国内上市的企业。致力于绿色能源事业,亿纬锂能成功推出新能源汽车电源系统、通信储能系统、家用储能系统、智能微网储能系统等一系列绿色能源产品和方案。

    近几年,随着新能源汽车爆发性的发展,亿纬锂能把握机遇,成功推出新能源汽车动力系统,拥有电芯、模组、电池管理系统、Pack结构等全产业链核心技术,应用领域涵盖增程式电动客车、纯电动客车和物流车、专用车、纯电动乘用车等。目前,公司总占地面积约50万平方米,在广东惠州、湖北荆门设有4大生产基地,在香港、台湾、美国、欧洲等国内外多地设分公司及办事处。未来,亿纬锂能将秉承“锂电池-驱动万物互联”的理念,用科技和创新让更多的国家和人民享受绿色生活,为地球存储绿色未来。

图2 惠州亿纬锂能股份有限公司

图2 惠州亿纬锂能股份有限公司

“动力”十足,“储”见成效

    智能制造时代,亿纬锂能的布局策略是:用世界上最先进的成套装备、管理方式来制造动力电池。具体来说,通过高端的自动化设备+控制系统,包括MES系统、SAP系统、评审系统,从而保证产品品质的一致性。

    关于智能制造,袁中直副总裁感触很深,他说道:“从开始决定制造动力电池,我们就走的高端制造路线,而非简单的自动化生产。要做世界一流水平的动力电池,有三大密集:技术密集、资金密集和管理密集。资金密集、技术密集是行业人士最常提出的两个密集,但其实锂电行业更是一个管理密集的行业。公司已配备改善品质的全员生产维护的TPM(Total Productive Maintenance)制度和保证制程水平不断提高的技师制度等多项管理制度。”

    经过智能制造的高效管理,亿纬锂能动力电池生产线效率获得显著提升。最明显的表现是:人均产量提升4倍、用工人数减少70%、制程缩短一半、优率提升到95%、容量一致性提升67%、电池内阻降到传统模式的30%。亿纬锂能动力电池产品覆盖方形磷酸铁锂、圆柱三元和软包叠片,现有产能5.8GWh,圆柱三元3.5GWh,方形磷酸铁锂2.3GWh。

安全问题,不容小觑

    近几年,在推动新能源汽车产业发展的过程中,企业认识到电池包作为电动汽车的核心部件之一,是“木桶中最短的那根木头”,已成为制约电动汽车市场化的瓶颈。如图4为增程式电动客车电源系统的制造流程。动力电池是由成千甚至上万个电芯组成的一个庞大的电源系统,重量从几百公斤到1-2吨不等。如此庞大的电源系统,其安全性不容忽视,而动力电池最大的安全问题就是发热,过高的温度不仅会影响电池的寿命,更会导致锂电池的正极材料脱落分解、负极与电解液反应、薄膜刺穿等严重安全隐患。

图3 增程式电动客车电源系统制造流程

图3 增程式电动客车电源系统制造流程

    袁总介绍到,传统消费类的锂离子电池的研发设计方法已不再适用。在研究动力电池热安全问题时,传统的热成像技术只能采集到单体电池表面状态,植埋热电偶温度采集的方法受结构限制又无法得到完整的热分布信息。通过实验的方法都会浪费大量的人力、物力和财力。面对如此困境,我们意识到有限元仿真的优势,排除万难,急切需要利用仿真技术对汽车电池包Pack产品进行散热设计与优化,确保大容量电池Pack包实现可靠的热设计,保障产品的热安全性能。除了热分析外,还需要对电池包Pack进行模态分析、动态分析、疲劳分析、跌落分析和轻量化设计等等。

责任编辑:郝秋红
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