所以我们必需相识这个进程，在此基本上，我们要举办整个电池组的平衡，来保持一致性电池组，这就是一个平衡的道理。各人可以看出对一个串联的电池组，我们此刻主要是先并后串，这是最常见的电池组组合要领，先并完今后再串，这是一个串联的电池模块合起来的这些小绿点就是各个单体可能并起来的大模块。他们串起来，就是这样的环境。我们可以看出，第一我们这是一个，这些单体把它一致性起来，最后可以获得电池组容量就是谁人最小容量的单体，这是我们可以到达的最大的电池组容量，也就是说一个串联电池组容量，它实际上最好的环境就是跟最小容量的单体一样大的容量。有了这个一致性之后，我们容量也回升了，同时过充这种环境也会防备。为了实现这个一致性，我们就必需对各个单体举办容量预计，也就要有一种要领来举办容量预计，这就是我们按照充电曲线的相似性来举办全体电池组的状态的预计，也既是说我们只要知道了个中一只单体的电池的曲线，其他的曲线应该跟它是相似的，颠末曲线变革，他们可以近似重合，曲线变革的进程中间的这些差别就很容易算了，也就是说按照一个单体可以推算出其他的单体。有了这样的要领我们就可以举办适才的一致性的平衡，虽然这种算法的时间过长，所以要举办简化。

　　给各人先容一个步伐看看如何会发生过充电，这是一张电池组的理论图，横坐标是容量，纵坐标是电量，电量便是容量，布满了，绿颜色的是单体，大红点是整个电池组的容量，其他是各个单体的容量，充放电的进程可以看出充电的时候最早有一个单体达到，放电也有一个单体最早达到，这就是最小充电电量和最小放电电量的单体，这是充电的时候最容易达到，最快达到的谁人就会形成过充。就是此刻这个小红点就是最容易过充的，我们用这样一张图可以把电池系统根基上分清楚。我们再看看，跟着电池的老化，各个电池之间的一致性会越来越差，虽然过充就更容易产生了，尚有一个问题，就是电池组的容量比单体的容量下降的更快，红点，底下的这个就是电池组容量的下降。

　　为了研究针刺，我们做一些三维的仿真模子，这是三维仿真的针刺之后的温度场的变革和电压变革。我们也可以做碰撞，怎么撞的，撞了之后怎么变形的，这些我们也做过许多研究。在此基本上来举办安详性的设计，例如这个碰撞要办理的步伐就是电池的安详掩护设计，这个是很有考究的。热失控产生之后，它会往下流传，因为第一节热失控之后它会有传热，然后开始流传，好比说有一个，然后整组像放鞭炮似的一个一个接下来。流传我们可以成立一个模子，中间温度升高率，化学能电能的产热，尚有传热对流等。整个热电耦合的模子，我们可以用前面说的量热仪来做一个相关的定量的阐明。有了流传模子我们就可以设计如何来阻断和抑制，这就是要加隔热层。可是加隔热层也不是个简朴的问题，加厚了体积大，并且隔热层跟冷却又是抵牾的，所以这些都是需要办理的问题。总之我们在热失控扩展和抑制方面，我们也是从安详掩护设计和电池打点两个方面来着手。

　　本日主要跟各人探讨电动汽车动力电池成长趋势与安详打点。2015年1到8月份，我国新能源汽车已经到12.35万辆，尤其是纯电动车增长得很是快。我们不能光看这个财富的局限，财富成长一连的动力照旧技能，假如说纯电动车的技能，我想焦点各人必定共鸣就是电池技能，所以我本日想先容一下电池技能相关的。中国电动汽车电池技能的财富基本，应该说总体上照旧不错的，我们从“十五”科技部电动汽车重点专项起步开始敦促中国电动汽车动力电池的研发，其时主要是镍氢电池和锰酸锂电池；到“十一五”的时候，主要是磷酸铁锂电池，应该说磷酸铁锂电池的成长支撑了我们“十二五”电动汽车的成长；到“十二五”，我们重点的研发转向了三元锂离子电池，预计本年我们三元锂离子电池的比能量会到达180Wh/kg，此刻我们正在起动“十三五”。“十三五”将会在此基本长进一步进级，我们预计在此后5到10年锂离子电池将会到达它的技能极限，我这里显示的是在中国今朝的一些总体的财富环境和电池机能和本钱的一些成长环境，我们估量它是在慢慢的上升，这是系统比能量。估量到2020年会高出200Wh/kg，比此刻预计要提高一倍。

　　2015年9月23日，由中国汽车技能研究中心主办的2015电动汽车科技创新国际论坛(EVTIF 2015)在北京开幕，全国政协常委、国度“863”打算节能与新能源汽车重大项目总体专家组组长、清华大学传授、“中国电动汽车百人会”执行副理事长欧阳明高做了题为《车用动力电池成长趋势安详打点》的专题陈诉，以下是讲话实录：

　　跟国际对比，我们也存在许多问题，包罗我们先进质料和机理方面的研究较量差，电池布局设计的技能还不太先进。别的制造的自动化水平也较量低，精工艺的开拓本领也较量弱，尚有一个电池系统涉及技能较量落伍，因为以前各人都以为电池系统没什么技能，就是把单体给组合起来就完了，此刻才开始知道，电池系统也是很巨大的技能。由于这些问题，我们高端质料供应还不太足，一致性、良品率、安详性、靠得住性、产物机能还不能完全满意市场的要求，企业创新本领总体还不强，优势产能不敷，并且面对韩国等海外电池企业的挑战，这是当前我们电池面对的一些问题。

　　第三种就是内短路触发的热失控，例如说波音的787事件，最后找到的原因，电极和隔阂上有金属物，有了内短路，可是我们无法100%确认这个热失控是内短路触发的，可是它是最大概的原因，因为找不到其他原因，并且内短路没步伐表现。内短路是什么原因，有三种，一种是电池制造杂质，金属颗粒，别的是充放电膨胀的收缩，尚有析锂。内短路是迟钝产生的，时间很是长，并且你不知道它什么时候会呈现热失控。并且这个试验也是无法反复的，此刻我们还没有找到可以或许反复由杂质引起的内短路的进程，今朝全世界都在研究这个问题。要办理这个问题，第一个方面是电池的选择和电池单体容量的选择，虽然你要找到好的电池厂商，它的品质要好；第二个是内短路的安详预测，我们在没有产生热失控之前，要找到有内短路的单体。我们必需要找到它的特征参数，怎么办呢，我们先从一致性着手，适才已经提到过一致性，从一致性着手电池是纷歧致的，内阻也是纷歧致的，我们只要找到中间有变异的单体，我们就可以把它分辨出来。怎么分辨，有一个步伐，这就是正常的一个电池的等效电路和产生了微短路的等效电路，我们把它的方程写出来的话，方程的形式实际上是一样的，正常单体、微短路的单体，只不外这里头的参数产生了变革，所以我们可以对这些参数来举办研究，它在内短路变革中的一些特征。例如说内短路单体的电势差，它的内阻跟其他单体的差别，这些城市有特征。我们按照这些特征，把这些特征辨识出来，我们要操作模子来举办单体的辨识，因为我们可以到每个单体的电压，每个单体的电流，这些我们都是可以测的，操作这些数据再团结模子，我们就可以把每个单体的内阻估出来，把它的这些参数全部估出来。按照这些参数的变革，我们来判定它的一致性是否产生了显著性变革。第三种触发是机器触发，例如说碰撞，特斯拉就是这样的，特斯拉在美国撞过许多几何辆车，我们清华大学跟MIT配合相助对特斯拉在美国的碰撞变乱举办过阐明，这是我们阐明的一些功效。假如我们在尝试室举办碰撞的一个仿真，最靠近的就是针刺，用针里来刺这个电池，这是一个三元电池的针刺的试验功效，红的何处是温度场，中间的温度高，右边是热失控的进程。我们假如做其他的，好比说磷酸铁锂电池，显然在这个进程中它就没有三元电池那么锋利，各人可以看电池极的温度，根基上最高温度在120℃，可以看出差异的质料在针刺的时候回响纷歧样的，磷酸铁锂相对安详。所以我们到此刻为止，仍然僵持在大客车中间主要利用磷酸铁锂电池，临时还不宜大局限利用三元电池，尤其对12米大客车。再好比碳酸锂电池，它也问题不大，差异的电池范例表示环境是纷歧样的。

　　在迈向高比能量锂离子电池的进程中，各人可以看到我们电池的本钱下来了，比能量提高了，续驶里程上升了，我们电动车可以竞争了，可是这中间有一个重要的问题是，在这个进程中，安详性将会变得越发突出。各人可以看一下，这是我引自宝马的一张图，能量密度，例如说这是此刻的，2018年的，2020年的，增稠剂，2025年的，在一连上升，可是我们的安详性并没有大的变革，安详性面对的挑战，越往高比能量走挑战越大。所以我们必需下面临安详性要受到进一步的高度的重视，也就是说我们机能提高了，可是经久性和安详性的问题将越发突出，这是我们面对的三个问题，安详性、经久性、动力性，最焦点的是安详性问题。下面我说一说动力电池的安详性是一个什么样的问题，我们先看一下，我们安详性的问题归纳综合起来叫动力电池热失控，也就是达到必然的电池受热到必然温度之后，它就不行控了，温度直线上升，高出500℃、1000℃，然后就会燃烧爆炸。为什么会有这个问题，首先过热会引起这个问题，温度上来，最终都是温度上来导致的，它会触发电池里的副回响，跟着温度的升高，我们电池里会发生一系列的副回响，这些副回响城市放热，导致热的失控。别的一种原因，电触发的，例如外部短路、内部短路、过充，这些城市导致产热，然后形成热，然后发生热失控。尚有一个原因就是碰撞，例如说车辆的碰撞、挤压。挤压之后就像一个针刺了电池一样，然后短路，短路这是一个电的触发，然后再产热，然后热再引起热失控，这是或许它的几个诱因。这是热失控的进程，跟着温度的升高，会触发差异的副回响，好比说石墨负极与电解液的回响、电解质的解析、大局限的内短路等，导致最后电解液燃烧，最后热失控，放热速率会很是快。一个热失控之后会导致它在一个电池内里的流传，例如热失控在第一其中间过来之后，它就会跟着在整个电池组内里迅速扩散。我们看几种差异的热失控，第一种是过热的热失控触发，好比说插电式的普瑞斯。我们来看谁人热失控的进程，这就是个三元电池的热失控进程，我们可以看出它分成几个阶段，跟着差异时间、差异的温度，底下是它差异的热失控的回响，可以看出温度慢慢上升，到这个时候温度就直接往上窜上，电压直线下降。为了研究热失控，我们需要回收一种量热仪，这就是一个加快的量热仪，动力电池各类复回响放热的进程都可以量出来，由此可以确定每一个副回响荟萃起来的温度的上升，也可以举办整个动力这个进程的一个模子的计较，由此我们可以在此基本上对这个温度举办一个预测和判定。这是过热的原因息争决步伐，包罗电池的选型和热设计的不公道，可能外短路导致电池的温度升高，可能是电缆的讨论松动等，办理步伐两个方面，一个是电池的设计，一个是电池的打点。好比说我们可以开拓来防备热失控的质料，阻断热失控的回响，好比说这就是一种新的质料，温度到这个之后就平了，这是从质料设计的角度。别的一个，电池打点的角度，我们可以来预测差异的温度范畴，来界说差异的安详品级。好比说在差异的阶段，我们可以算出它的温度是几多，来判定界说差异的安详品级，来举办分级报警，这是第一个问题。第二个问题，过充电触发的热失控，好比说前一阶段呈现的电动巴士的燃烧就是这个原因，这个原因最后发明是电池打点系统自己对过充电的电池打点系统的电路没有成果安详，导致电池的BMS已经失控，然后还在充电导致的。我们可以把过充电这种环境也来举办一个试验，可以看出在这个进程中，我们跟适才的过热触发纷歧样，这是过充电的倍率，20%的SOC，到60%就开始失控了。根基上是在20%到38%，这个时候负极会下降到0，锂金属会析出。在第二个阶段，电解液在高电压下解析，温度加快上升，电池开始膨胀，到160%SOC的时候电池膨胀到割裂，电池的电压内阻快速升温，热失控就产生了，这是过充电导致的热失控，跟适才的热失控机理是不完全一样的。怎么办，我们可以看出过充电的原因息争决步伐，首先是充电机的妨碍，这个可以通过充电机的完全冗余来办理。第二是电池打点的不公道，打点的不公道好比说没有监控每一节电池的电压。

　　从全球看，电池技能尤其是锂离子电池技能还在不绝进步，我们估量在此后5到10年，也就是到2025年，锂离子电池将会竭尽它的机能极限，达到约莫350 Wh/kg-400 Wh/kg阁下。我们下面会做研究来探讨这个极限毕竟是几多，至少我们此刻认为达到300Wh/kg-350 Wh/kg应该是没有问题的，这是单体。真正到系统，大概在250Wh/kg，也就是到2020年至少可以到达200Wh/kg阁下，应该说比此刻的约莫提高一倍。这是美国能源部对锂离子电池成长近况和趋势的一个判定，我们也根基是认同这个判定的。虽然，为了到达这个系统，单体质料层面虽然就要到达80Wh/kg阁下。日本应该说也是有雷同的观点，在2020年，到达300 Wh/kg，这是他们的一个根基判定。这种电池将会回收硅碳复合的负极，高电压的电解质，以及富锂的固溶体可能高镍的三元质料，这个质料体系今朝应该说从基本层面根基上是清楚的，要害是如何把它开拓出来，也就是说我们此刻其实300瓦时每公斤也可以做到，可是寿命很是短，尤其负极的硅这种质料充电的时候膨胀比很是大，容易迅速衰减，所以它此刻提高寿命，如何来办理硅负极的相关问题，这是今朝技能攻关的一个重点。按照海外的趋势，中国2020年的一个根基的成长方针，高比能量电池方针也是要到达300Wh/kg，寿命1500次，本钱0.8元，系统比能量约莫210Wh/kg，这是凭据单体的70%，比此刻约提高一倍。假如用这样的电池，我们用沟通重量也就是200kg的电池的话，我们此刻的性价比较量好的电动车续驶里程可以到300公里以上。此刻的纯电动车的本钱，主要增加的是电池，假如能把电机这些驱动系统跟传统的内燃机对比的话，约莫还可以节减出5000到1万块钱用于电池，也就是说我们此刻比燃油车贵的部门主要是电池，虽然电机比动员秘密自制一些，可是也自制不了太多，可以匀出5000到1万块钱给电池，其余多的钱就是增加的。凭据我们购买和利用综合思量的话，在2020年之后，小型电动车，好比说都市代步用的200到250公里阁下，应该可以跟燃油车竞争。这是我们电池的技能蹊径图。