所有東西都要基于需求去做，所有設(shè)計和測試活動都要基于需求去做。在滿足需求的前提下，設(shè)計選擇成本低的。
本文為勵展博覽集團及NE時代于4月25-26日聯(lián)合主辦的 "第三屆AWC2019新能源汽車三電系統(tǒng)開發(fā)與測試技術(shù)大會" 演講嘉賓的現(xiàn)場實錄。

演講人：吳海平 PSA電池項目經(jīng)理

演講主題：高壓電池系統(tǒng)設(shè)計與測試

吳海平：謝謝大家，大家上午好。首先感謝NE時代曾總的邀請，讓我有機會分享在過去幾年電池開發(fā)過程中的一些想法。剛才比亞迪王總講的干貨很多，比如增加CID防止電芯的過熱，增加電壓分段，把電壓分成60V以下，在安全上做了很多工作，印象非常深刻。去年我也參加了三電的論壇，也是比亞迪魯工分享的話題,一個數(shù)字80%對我非常有震撼，他說的80%是CTP，cell to pack 電芯成組率，這個是屬于業(yè)內(nèi)最高水平，一年過去了我也沒有看到哪一家電池包能達到80%。比亞迪真的是行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者。

我今天的課題是高壓電池系統(tǒng)設(shè)計與測試。剛才謝博士說我是來自于PSA公司， PSA可能大家不認(rèn)識，就是標(biāo)致雪鐵龍，在中國知名度太低了。我加入PSA也才不到一年時間，去PSA之前我有十多年在乙方工作，這十多年的乙方工作讓我對于主機廠，對甲方有各種怨念。我到PSA之后這一年，我感覺之前說的乙方對于甲方的怨念，對于主機廠的不理解，我現(xiàn)在逐漸都理解了，所以我今天主要的課題希望站在主機廠的角度上跟大家分享一下為什么主機廠會有這些需求，針對這些需求如何做系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)測試。

需求、設(shè)計、測試，這三個詞是我今天的關(guān)鍵詞。非常容易理解，大家都知道，基于需求設(shè)計，以及基于需求去測試。需求，如果不考慮需求，超過需求要求了，導(dǎo)致過設(shè)計必然增加成本。如果不滿足需求，比如我要求一百公里續(xù)航，做到99，這就不滿足需求。所以一定是需求優(yōu)先，一定基于需求，今天會著重解釋一下為什么整車廠或者主機廠會提這樣的需求，這也是解決了我之前的怨念。

我到主機廠之后，我的總結(jié)是，需求主要就這四個方面，安全、布置、重量和電性能，按梯次下降。

最優(yōu)先級的一定是安全，每個主機廠在立項之前都會說這個車打算賣到哪里，各個地方會有不同的法規(guī)，所以主機廠的法規(guī)要求比中國企業(yè)的法規(guī)更多一點，中國、韓國、歐盟有各種各樣的法規(guī)要求。安全第二個要求是濫用，整車廠會接受到各種各樣的安全問題和事故分析，數(shù)據(jù)分析出現(xiàn)哪些濫用，各種各樣的濫用條件它都會考慮到，通過這些它會提一些濫用需求，比如電池包，各個主機廠都會有一個底部球擊的要求，這些要求是基于主機廠對市場的分析得出的。第三個是碰撞，主機廠最關(guān)注碰撞，它的碰撞要求是來源于安全。一款車從頭到尾，至少碰到30臺車吧，主機廠在碰撞上的投入是不遺余力的。

第二，布置。這里講的都是針對EV，這里會考慮到離地間隙、碰撞安全線、乘員舒適。離地間隙首先有一個法規(guī)，各個地方法規(guī)不一樣，歐洲有一個法規(guī)是電池部位有120毫米的離地間隙，各個廠有不同的定義。布置需求也是來源于這些整車的實際情況。

第三，重量。電池包對重量特別敏感，尤其在中國特別敏感，剛才謝博士介紹了不同能量密度會導(dǎo)致補貼價格不一樣，所以重量在中國會特別被電池關(guān)注。除了補貼這種政府層面的要求，在整車層面上，重量會影響到整車的剎車距離，這個也是安全需求，每個車廠會要求剎車距離要求多少米，如果重量高了都會有影響。重量也會影響到離地間隙。第三是能耗，這些是在主機廠的角度來說，重量會影響到這些東西，所以它會考慮到減重，不僅是電池包。

第四，電性能需求。電池來講比較常規(guī)的要求：電壓、能量、安時、電流，這些都是對電池的需求。對于整車廠來講，它關(guān)注充電時間、續(xù)航還有加速性能。充電時間對于電池包來講，一般定義30分鐘充80%，但是主機廠的定義不是這個，它是根據(jù)加油去算的，現(xiàn)在PSA要求是充一分鐘車能跑10公里，這個是主機廠的描述，充十分鐘可以跑一百公里。續(xù)航無非要求電池總?cè)萘窟€有它的百公里能耗，還有加速性，加速性對于電池來講就是放電功率。這就是從整車廠的角度上給大家解釋一下為什么電池包會提這方面的需求，所有主機廠的需求都可以轉(zhuǎn)化在電池功率、能量等各種各樣的需求。

這個是碰撞的仿真，這個地方是電池包的殼，電池模組，外面是車身，這個是車的最外沿。碰撞過程中，目前來講在這個碰撞里面，這里基本上沒變化，這里會有下降，但是沒碰到模組。PSA對于碰撞的要求是，模組不能被接觸到，甚至還有更嚴(yán)的要求，這里要求不變形。目前仿真看著挺好，實際情況還有各種各樣的問題。

這兩個圖一個是75度碰撞和后碰，這個圖有綠色區(qū)域、黃色區(qū)域、紅色區(qū)域，這個是位移，如果在50g以下的沖擊強度下，大于0.22米左右，我們認(rèn)為這個區(qū)域是碰撞安全區(qū)域。這個相當(dāng)于限制了電池包的寬度。包括后碰的需求，如果要安全，那它的和最后面要大于0.5米，這個限制了整個電池包的長度。為什么給的電池上的需求不能變寬、不能加長，尺寸不能給你，是基于碰撞分析。如果要讓電池包在安全環(huán)境里，就需要滿足這些間隙的要求。特斯拉在黃色區(qū)域里，它犧牲了一部分的碰撞安全性，滿足它的高能量、高續(xù)航，也因為把電池拍扁了，導(dǎo)致它需要犧牲碰撞性能的需求。

離地間隙方面，這也是市場上車型的對標(biāo)。對于電池這個區(qū)域，像歐洲法規(guī)要求120毫米，最好的是離地間隙160毫米。這個離地間隙跟法規(guī)有關(guān)系，也跟各個主機廠對整車定位有關(guān)系。剛才講的那個需求大概解釋一下為什么主機廠會有這些需求。

回到設(shè)計，對于系統(tǒng)設(shè)計來講，本人對系統(tǒng)設(shè)計有一個定義，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該是需求和產(chǎn)品的“橋梁”。系統(tǒng)設(shè)計的好壞直接決定了這個產(chǎn)品的好壞，所以我對系統(tǒng)需求的定義是，一定要在充分了解所有這些需求的情況下，選擇一個最優(yōu)的方案。在滿足這些需求的前提下，成本越低越好。先滿足需求就可以了，不要想著跟主機廠討論我的性能比誰誰好多了，但是成本比他高一點點，行不行？不行。只要滿足這個需求就可以了，再多需求沒用，就浪費了。后面舉兩個例子，比如電芯如何選，EV，我肯定選能量型，不會找PHEV的電芯，這樣會導(dǎo)致成本上升。第二再去選電池形狀，這個跟電池包本身的尺寸相關(guān)，如果電池包的高度是140毫米，差不多剛好比VDA模組高20毫米，這種情況下就可以用鋁殼標(biāo)準(zhǔn)電芯，如果高度特別高，給你160、180沒法用模組，你可能需要開發(fā)一個特殊模組，用軟包可能比較合適。像特斯拉高度就80、100，沒辦法，只能用18650，21700，沒有其他選擇。這些定義完之后，仔細地看這些電池包性能需求。能量、電壓范圍等等。我這里的選擇沒有選電池用什么材料，是三元的好，還是磷酸鐵鋰的好，因為主機廠不考慮，不管什么材料，哪一個便宜用哪一個。

還有像殼體，解釋一下這個表格的意思。這個表格不管用鋼殼還是鋁殼，都要滿足機械強度的，要滿足擠壓、碰撞、振動，所有需求都要滿足。同等需求情況下，它有哪些優(yōu)缺點？重量上鋼殼百分之百，鋁殼可能只有50%。同樣的體積鋁殼更小一點，因為鋼殼沖壓有很多圓角區(qū)域，那些區(qū)域都不能用，鋁殼的空間利用率會更高一點，所以鋁殼體積會小一點。其次是工藝性，鋼殼比較好加工，沖壓、焊接，鋼的加工非常成熟，鋁合金的殼體加工比較煩一點，因為鋁合金的焊接會導(dǎo)致原材料強度下降，成熟的工藝性來說是鋼比鋁殼會更好。其次是成本，毫無疑問，鋼殼原材料比較低，工藝性好，它的成本會比鋁殼成本更低。因為目前政府支持要走高能量密度的路，一旦未來不再走高能量密度了，我覺得還是會回歸到成本優(yōu)勢，很多車廠還是會回到鋼殼方案來。我不確定，因為這個只是成本上的比較，可能還有一些特殊的高級別的車，需要更高性能，必須用鋁殼，這也沒辦法。

我的概念里面，測試無非兩種。一種是法規(guī)，法規(guī)測試沒辦法，想在那邊賣必須滿足法規(guī)，必須去做。法規(guī)跟實際情況是否匹配也不一定，很多法規(guī)也是與時俱進的。第二，除了法規(guī)之外的測試，其他所有的測試都是應(yīng)該要基于它的實際需求去設(shè)計的。舉一個例子，像底部石擊，這是一個仿真動圖，下面電池包受到大的擠壓力能否安全，是否不起火不爆炸？這是PSA的標(biāo)準(zhǔn)，要求是不起火不爆炸。通過這么大的擠壓力，電池會承受多少力，我們這邊也會測模組在受多少力的情況下是安全的。比如模組在受一千扭或者兩千扭是安全的，我們可以定一個標(biāo)準(zhǔn)，超過兩千就不合格了，低于兩千扭就是合格的，這種實驗要基于實際需求定接受的指標(biāo)，這都是根據(jù)實際情況做的。

像熱失控的應(yīng)該分兩種情況，首先電池包設(shè)計應(yīng)該盡量避免熱失控。第二，在熱失控的情況下如何確保安全，GB國標(biāo)要求是五分鐘，五分鐘原理是五分鐘可以讓駕駛員從車?yán)锾与x出來，這是新國標(biāo)的需求，熱失控之后要讓乘員跑出來，在歐洲這邊PSA的要求是30分鐘，30分鐘之內(nèi)出現(xiàn)報警之后電池里面熱失控導(dǎo)致的火焰不能從電池包里面燒出來。為什么它會定這個要求？歐洲出事故之后，消防員過來把人救出來，這個時間差不多30分鐘，所以他們定義這個時間要30分鐘。這個也就是不同地方的法規(guī)針對的實際需求不一樣，大家考慮的場景的區(qū)別，導(dǎo)致的標(biāo)準(zhǔn)也不一樣。

小結(jié)一下，基于主機廠的觀點，如何看待電池包的設(shè)計和測試，給大家一些信息。所有東西都要基于需求去做，所有設(shè)計和測試活動都要基于需求去做。第二，在滿足需求的前提下，設(shè)計選擇成本低的。第三，測試除了法規(guī)之外，要基于實際使用情況去設(shè)計這種測試實驗。今天講到這里，謝謝大家。