伊炳希：大家下午好，非常高興受到組委會(huì)的邀請(qǐng)，作這樣的一個(gè)報(bào)告。題目為高集成電池系統(tǒng)開發(fā)，是一個(gè)成本降低提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的路線。報(bào)告分五個(gè)部分，第一部分就是看一下集成的現(xiàn)狀怎么樣，發(fā)展趨勢(shì)會(huì)是什么樣？第二部分看一下怎么樣來提高集成，怎么定目標(biāo)，以及開發(fā)路線。第三部分是我們公司電池系統(tǒng)的零部件開發(fā)。第四部分主要電池系統(tǒng)的優(yōu)化方向，最后部分是公司的簡單介紹。

先看第一個(gè)部分，集成定義，是一個(gè)孤立的事物或者元素，改變?cè)械姆稚⒌臓顟B(tài)集中在一起，產(chǎn)生聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)整體的過程。從這里面可以看到，最主要的是一個(gè)零散分散的狀態(tài)，要產(chǎn)生聯(lián)系，再是整體。在各個(gè)領(lǐng)域里面都有很多的集成，比如說CPU是高集成的，且集成度越來越高，還有機(jī)器人，還有發(fā)動(dòng)機(jī)，這些是非常典型的集成產(chǎn)品。在集成時(shí)圍繞的是多學(xué)科和工業(yè)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多功能，進(jìn)而可靠性大大地提高了，這是集成的一個(gè)目的。



再看一下電池系統(tǒng)的集成現(xiàn)在發(fā)展情況，看一下能量密度提升，中國新能源汽車17年的能量密度就是120—130Wh/kg及其以下，占了73%，18年是140—150Wh/kg及其以下，占了84%，19年是140—150Wh/kg及其以上，占了94%。在能量密度和比例上，都是有所提升的。19年在160Wh/kg上已經(jīng)占了34%，這些不單單是電芯能量密度提升，還有系統(tǒng)上的其他部件的輕量化。下面簡單看一下電池系統(tǒng)，大家可能都其他地方也看到過，整個(gè)的電池系統(tǒng)，由電芯，高壓盒，加熱熱管理部件等等組成的。整個(gè)電池系統(tǒng)也比較復(fù)雜，涉及到電化學(xué)、電子、機(jī)械、電氣系統(tǒng)、熱物理專業(yè)等等。

看一下電池系統(tǒng)集成現(xiàn)狀，國外的發(fā)展方向還是往與整車一體化，還有系統(tǒng)內(nèi)的模組等的一些標(biāo)準(zhǔn)化。這是特斯拉典型的電池系統(tǒng)，紅色的這一塊，就是跟車上的電池包做了一些整合，這是特斯拉優(yōu)勢(shì)，整車易于電池系統(tǒng)進(jìn)行整合。第二個(gè)就是寶馬I3，看圖中紅色的這一部分，由大模組來強(qiáng)化電池系統(tǒng)，同時(shí)也增強(qiáng)了整車和電池系統(tǒng)的強(qiáng)度和剛度。看一下奧迪e-tron，電池包可以分成各個(gè)格，Y向框架比較細(xì)密，高度也比較高，增強(qiáng)了底盤的強(qiáng)度和剛度；從國外的發(fā)展趨勢(shì)可以看到，是大模組，模組將越來越大，同時(shí)又一些車都開發(fā)出獨(dú)立的電動(dòng)一些平臺(tái)等等這些技術(shù)。再看到國內(nèi)這一塊，集成技術(shù)推進(jìn)方面還是比較快，但為了順應(yīng)市場(chǎng)快速調(diào)整要求，很多車企都是用傳統(tǒng)車改造來搭載電池系統(tǒng)，但也做了很多設(shè)計(jì)，也有開發(fā)適用于電動(dòng)車的平臺(tái)，如奇瑞小螞蟻等等，做了較多的突破，而且快速迭代，特別在標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化方面，這些應(yīng)用還是比較成熟的。國內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)是部件多功能化，獨(dú)立電動(dòng)車平臺(tái)化要求、與整車一體化設(shè)計(jì)等。



下面介紹第二部分：高集成電池系統(tǒng)的目標(biāo)和開發(fā)路線。看到這個(gè)趨勢(shì)之后，這樣的電池系統(tǒng)在做高集成的時(shí)候目標(biāo)如何設(shè)定、開發(fā)流程如何等，在目標(biāo)定義也是一個(gè)V型的開發(fā)過程，產(chǎn)品設(shè)計(jì)也遵循V型開發(fā)過程。從整個(gè)流程來看，圍繞幾個(gè)方面：機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣與控制和安全保護(hù)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，圍繞電芯能量密度提升、結(jié)構(gòu)輕量化、部件多功能化、與整車一體化等；在電氣與控制上，功能高集成化、能量管理與熱管理的集成、模塊化；在安全保護(hù)上，安全感知策略化、安全在線化等，意味著集成時(shí)不能降低安全要求。

集成電池系統(tǒng)的目標(biāo)為少零部件化、輕量化、安全可靠性和低成本化。這些目標(biāo)實(shí)現(xiàn)后可以達(dá)到安全基礎(chǔ)上低成本化。其中少零部件化目標(biāo)圍繞著標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和多功能化展開，目前標(biāo)準(zhǔn)化公司還做的不夠，著重在部件通用化、減少數(shù)量和增加特殊要求的部件通用化，如PTC加熱片，公司做成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的部件，可以直接應(yīng)用于不同的項(xiàng)目中；針對(duì)模塊化，把一些小部件做了一些集成，形成了一些模塊化的產(chǎn)品，如電池模組；還有就是多功能化，如整個(gè)高壓電氣系統(tǒng)，與BMS進(jìn)行整合，線束減少，成本也降低。
集成的第二個(gè)目標(biāo)輕量化，首先確定輕量化框架條件：環(huán)境，安全性，質(zhì)量，加工，結(jié)構(gòu)和總成本，這些輕量化設(shè)計(jì)，與主機(jī)廠的設(shè)計(jì)是一致的。動(dòng)力電池系統(tǒng)作為整車的一部分，目前整車的輕量化設(shè)計(jì)比較快，需要密切進(jìn)行匹配性設(shè)計(jì)。

以公司電池系統(tǒng)輕量化開發(fā)為例，目標(biāo)是能量密度達(dá)到160Wh/kg，開發(fā)流程為標(biāo)準(zhǔn)制定->部件模擬仿真->目標(biāo)定義->校核與優(yōu)化迭代，先進(jìn)行目標(biāo)分解，分解到各零部件，再進(jìn)行各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)而定義了零部件輕量化目標(biāo)，形成電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行仿真分析，是否可以達(dá)到各種工況以及極限工況的強(qiáng)度等要求，如果沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，再進(jìn)行零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)、仿真校核的循環(huán)迭代，最后把電池系統(tǒng)25個(gè)部件全部做成輕量化，達(dá)成輕量化的目標(biāo)。

集成的第三個(gè)目標(biāo)是安全可靠性，把安全可靠的技術(shù)做一些分解，并對(duì)零部件做一些精確的設(shè)計(jì)和可靠性的設(shè)計(jì)，公司對(duì)危險(xiǎn)三角形做了一些分析，構(gòu)建危險(xiǎn)致因因素模型，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全核心過程，進(jìn)行安全設(shè)計(jì)，分解到各個(gè)階段和展開設(shè)計(jì)活動(dòng)。

成第四個(gè)目標(biāo)低成本，公司主要是開展產(chǎn)線的集成簡化工作，所開發(fā)的部件集成化比較好，可以把原來的產(chǎn)線上的一些工序去除，如激光焊接等，從而降低了制造成本。

下面介紹第三部分：高集成電池系統(tǒng)關(guān)鍵零部件開發(fā)。公司的電池系統(tǒng)高集成上的一些工作，如模組，通過高集成設(shè)計(jì)，同樣能量密度重量比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手降低了約1kg，其中線束降低了幾克，并集成了過流熔斷功能等，該電池模組在長城歐拉R1，整個(gè)系統(tǒng)的能量密度是176Wh/kg（2019年第二批第一），。再看一下熱管理的系統(tǒng)，原來的熱管理系統(tǒng)是左邊的分體式的熱管理系統(tǒng)，為各個(gè)分立的液冷板，通過一些液冷接插件連接起來，構(gòu)成液冷系統(tǒng)。通過高集成設(shè)計(jì)，形成一體化的液冷系統(tǒng)，取消了內(nèi)部液冷接插頭，只有統(tǒng)一的對(duì)外進(jìn)口和出口，減少漏液風(fēng)險(xiǎn)，也減少一些安裝難度。再看電壓和溫度采樣線束，由原來的PCB+FFC的三個(gè)部件，變成為一體化設(shè)計(jì)的FFC部件，減少了物料種類，而且減輕了安裝風(fēng)險(xiǎn)。

公司還在電池系統(tǒng)的其他部件上也進(jìn)行多功能化、復(fù)合材料、少部件化等設(shè)計(jì)，如集成BMU的PHEV電池模組、以塑代鋼的固定件、帶液冷系統(tǒng)箱體、BLOCK框架減量化、銅鋁復(fù)合件等。

下面介紹第四部分：高集成電池系統(tǒng)優(yōu)化方向。1）模組方向?yàn)榇竽＝M，為接近26kWh，是用來標(biāo)準(zhǔn)模組的10倍，實(shí)現(xiàn)模組的安全性和可靠性，對(duì)外電氣接口只有動(dòng)力和監(jiān)控，對(duì)外機(jī)械接口體現(xiàn)在兩側(cè)多個(gè)集成固定點(diǎn)，且兩側(cè)的高度差為固定高度，這樣可實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)的高集成化，如一個(gè)車輛，可能要一到兩個(gè)的大模組，通過簡單安裝，類似于整車座艙乘員座的安裝，實(shí)現(xiàn)與整車的一體化目標(biāo)。2）圍繞輕質(zhì)量、低成本，高安全、高效、快速響應(yīng)等設(shè)計(jì)高效的熱管理系統(tǒng)，選擇冷媒直冷和加熱膜加熱，設(shè)計(jì)出熱管與加熱膜集成的熱管理系統(tǒng)，解決了直冷系統(tǒng)的巨量標(biāo)定問題及加熱膜的干燒問題，比傳統(tǒng)液冷系統(tǒng)有以下優(yōu)勢(shì)：a）直冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單一，控制策略簡單；b）直冷系統(tǒng)更低冷卻溫度，提高散熱能力；c）直冷系統(tǒng)的響應(yīng)速度更快，效率更高，d）制冷劑無毒不可燃，泄露無安全風(fēng)險(xiǎn)；e）加熱系統(tǒng)更加節(jié)能；f）整車熱管理系統(tǒng)成本更低。3）大量采用激光焊接實(shí)現(xiàn)模組內(nèi)部的電連接及結(jié)構(gòu)連接，降低設(shè)計(jì)成本，提高效率和模組成組率。4）熱固性電阻點(diǎn)焊膠替代傳統(tǒng)電阻點(diǎn)焊，實(shí)現(xiàn)了a）降低焊點(diǎn)周圍的應(yīng)力集中，提高結(jié)構(gòu)疲勞性能；b）提高電池系統(tǒng)固有頻率；c）膠具有高剪切強(qiáng)度、良好的耐老化性；d）提高整體密封性能；f）低成本、點(diǎn)膠工藝簡潔、熱固過程無需增加特殊工藝。5）導(dǎo)熱結(jié)構(gòu)膠在模組中電芯側(cè)邊、極耳與殼體、支架與殼體之間應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)固定和導(dǎo)熱功能，等等。

公司的介紹，公司總部在天津，2009年成立的，股東為上海復(fù)星、江蘇悅達(dá)和核心員工等。產(chǎn)品專注動(dòng)力軟包電池，涵蓋從單體電池、BMS、模組和電池系統(tǒng)。2019年，產(chǎn)能達(dá)到6.5 GWh，目前有三個(gè)基地：天津、江蘇鹽城、浙江嘉興。后期的產(chǎn)能規(guī)劃，在2023年具備40 GWh產(chǎn)能。

下面為總結(jié)：
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電池系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)為大模組化、部件多功能化、模塊化、整車與電池系統(tǒng)高集成、滿足獨(dú)立電動(dòng)化平臺(tái)化要求等；

高集成電池系統(tǒng)的目標(biāo)為少零部件化、輕量化、安全可靠和低成本化，且有相應(yīng)的開發(fā)流程；
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公司所應(yīng)用的電池系統(tǒng)能量密度達(dá)到176Wh/kg，主要零部件實(shí)現(xiàn)高集成；

高集成電池系統(tǒng)的發(fā)展方向?yàn)榇竽＝M化、高集成熱管理系統(tǒng)、輕量化與可靠的連接技術(shù)突破。

謝謝！