萬向陳暘：質量體系是動力電池系統可持續發展的根本

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質量體系是非常重要的一件事，它可以讓我們從根本上拉開和競爭對手的距離

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車雲按：2017年6月21日-22日，由中國安全產業協會、TIAA車載信息服務產業應用聯盟與車雲網共同主辦的2017年中國安全產業峰會暨首屆交通安全產業論壇在北京召開。本文為萬向A123系統副總裁陳暘的演講《完善質量體系，提高動力電池系統安全》，從電芯安全、熱安全、機械安全與功能完全幾個方面就電池安全問題進行了闡述。

以下為演講正文：

萬向A123副總裁陳暘

各位專家、各位同仁，大家早上好！今天非常感謝大會組織者邀請我到這裡跟大家一塊共同探討鋰離子動力電池系統安全的問題，這個話題已經在過去的兩年當中討論過很多很多次，大部分情況都是從技術層面來討論。今天我想換一個角度，從質量的角度看一看質量體系如何在動力電池系統安全問題上的作用，而不是單純的去技術層面去考慮。

所以我今天跟大家彙報的有這麼幾點：第一個是簡單介紹一下動力電池系統的安全問題，重點要介紹一下質量體系和安全之間的關係；然後簡單地介紹一下萬向A123在動力電池系統開發過程當中的質量體系概況。

大家都知道動力電池系統的安全包括這樣的幾部分：一部分是電芯的安全，一部分是熱安全，然後還有機械安全，電氣安全和功能安全。在電芯安全方面和熱安全方面，我想我們國家的研究工作應該處於國際領先水平，我們國家有很多很多的研究機構、大學和公司在這方面做了非常多的研究工作，我覺得在這方面我們是非常值得驕傲的，在技術方面。

材料安全

從電芯的安全形度講，這裡面有很多的東西。第一個是材料本身的安全，從這方面我們很多很多的材料企業和電池企業做了大量的工作，這些工作包括塗層技術等等這方面。對電池系統的安全起了非常大的推動作用。A123這方面也做了很多工作，我們和美國實驗室在一塊合作，在正極材料的表面處理技術方面做了大量的工作，這樣來改變正極材料的熱穩定性，提高動力電池系統的安全性。所謂的安全性指在用這種材料做成電芯，在濫用的環境下，比如說叫過充、過放、擠壓、過溫等等情況下，系統能夠保持一種比較相對穩定，不出現熱失控這樣一種狀態。

我覺得在這個過程當中，質量體系也這裡也起了一個很重要的作用。什麼重要的作用呢？即便你材料科學研究的非常好，在實驗室、在中試線、小時線研究出非常穩定的三元材料，但是把它推向大批量生產的過程當中，如果你沒有完整的一套質量體系來監控生產流程，很有可能導致兩種情況：

一種情況是生產出來材料的本身穩定性不好，這一批材料送出來做的很好，下一批材料可能送出來是另一批結果；

第二種就是說你批量生產出來的東西和中間做成的東西根本就不一樣。

所以從這個角度來講，要想實現科學化非常重要的一項工作，就是材料安全。

生產安全

從生產角度來講也是一樣，我們有很多電芯生產廠的專家，在電芯生產過程當中有很多很多道工藝，在生產過程當中像我們質量體系有上千道質量體系在線檢測的設備。如果這些質量體系你控制不好的話，首先會出現很多問題，比如說在焊接的過程當中可能會出現絕緣、虛焊、加溫腐蝕性的問題，所有的這些問題當你把它帶到系統當中都會出現系統的安全問題。所以如果沒有嚴格的質量體系控制這套東西的話，你即便有再好的材料，再好的化學配比生產出的電芯的質量也會有問題，從而導致系統的安全性也會有問題。

還有一點可能是大家最熟悉所謂的叫污染物控制，大家都知道電芯在研究它的熱失控的時候，我們可以找出很多很多促發熱失控的工況，其中很難保護的是內短路這種工況，其真正原因很大程度上是污染物造成的。金屬污染物在生產體系當中，如何靠質量體系來確保避免發生這個問題呢？

首先要從最基礎的材料層面來，在材料生產過程當中怎麼樣來探測是否有金屬物，然後怎麼把金屬分離出來；從加工過程當中，即便前面的材料做得再好，在加工過程當中要考慮的是，如何能讓在二次加工，比如說在勻漿過程當中機器不再產生金屬的粉末出來了，這一套質量體系會控制你加工設備應該怎麼樣來製作，當然還有其他方面的環境等等這些東西。

總而言之，即便是化學電芯安全這塊，裡面也有很多質量相關的問題，對提高電芯安全也會起很大的作用。

熱安全

其次要從熱安全形度考慮問題，實際上現在國內在這方面的工作做得是絕對的全球領先，而且我們無論從大學研究機構、理論研究、模型建立還是實驗方法的確認都是在全球領先的這樣一個定位。所有的熱失控當電池溫度升高到一定程度之後，內部的負反應導致電芯溫度繼續升高，最後導致熱失控著火。這樣一個過程怎麼樣能來避免呢？

大家做很多很多的模擬模擬工作，做了大量的技術工作，比如說我們現在做的單體電芯熱失控抑制，像這樣的工作做下來是非常有意義的，當一個系統當中有一個電芯發生熱失控的時候，其他旁邊的電芯不受影響。

但是我們現在要把電池、電動車做大批量的生產，到2020年有200萬輛電動車投放在市場上，這樣的一個數字意味著什麼呢？我們系統的成本要非常低，要想做到持續發展成本就要降的非常低。如果很多很多這樣的技術加上去了之後，對成本會有很大的影響，那就是說對電動汽車的推廣和應用有很大的影響，換句話說對電動汽車可持續性發展會有一些影響。

當然了我們可以在技術上做一些突破找到低成本的材料，這個方向沒有錯。但過分在這方面做工作，可能會對系統，將來電動汽車廣泛推廣會產生影響。從這個角度講，有沒有另一種比較容易的辦法來解決這個問題？那就是看在質量體系上。講了導致熱失控有哪些原因呢？過充、過放、過溫、短路、外短路、內短路，這些過程當中哪些東西可以起到作用？哪些可以通過系統質量體系來解決問題呢？

過充，現在設計好的系統在過充的時候至少有兩道保護，軟體層面進行保護，當電壓達到一定程度的時候軟體要進行斷電，硬體層面也要進行斷電，這種是通過功能安全設置的理念引導出來的設計結果，這就是質量體系當中的一個方面。換句話說這種原因是可以控制的，如果你系統做得好，如果你質量體系做得好的話。

過放，同樣的道理，如果在系統設計過程當中，針對機械碰撞能保證不至於有機械結構扎到模塊當中，這個問題也可以避免。還有過溫管理系統可以管理到這種事，外短路，現在系統當中都有多極保護，MSD的熔斷器，電極本身的熔斷器。最後一點，也是最難的內短路，剛才我講的內短路你需要有很多質量體系來保證的，保證怎麼樣把金屬的污染物從電芯材料當中去除之掉防止它出現問題，這就是解決內短路的問題。

當然如果所有的這些措施都不可能保護得了的話，我們最終還有像我剛才講的熱失控抑制這個技術放到這裡面。換句話說熱失控擴散抑制技術很重要，它是最終解決問題最後一道防線，如果前邊通過質量體系把隱患從根源解決的話，到後邊的工作量就會很小，對電池系統成本的投入就會很小，對工業的可持續發展就會有很大的作用。

在功能安全方面，整個系統設計的時候最初就要考慮功能安全怎麼樣來從系統層面上保證系統，在出現各式各樣問題的時候控制系統可以把這個問題解決掉，在熱安全沒發生之前把這個問題給它消除掉。機械設計可以有各式各樣模擬模擬設計，保證你的機械系統在受到撞的時候不對電芯發生重大影響，熱管理熔斷器設計，最後是熱失控擴散這套技術來保證。

機械安全

機械安全這兒我不想說的非常細，機械安全主要是考慮在生命周期結束的時候，電池用了8年、10年之後電池的情況是什麼樣。要想做到這一點疲勞設計是這裡邊很重要的一個點，當然了還有碰撞、跌落等等這些東西也是要關注的東西。但是解決這些的問題在設計之初，現在我們有很好很好的成熟技術，比如說像FEA這種技術，你都可以在前期預測到這些問題，降低這些風險。

這裡邊我想突出解決一點就是所謂的密封安全問題。所謂的密封安全就是說我現在設計一套電池包，把這包設計完了之後把密封做好，沉到水箱里去測試就可以實現了。其實這是生命初期的時候，但是這套包放到車上它會經過長久的機械疲勞，那麼機械螺栓的地方會逐漸變松，密封本身的特性也發生老化，在使用電池的過程當中高低溫的影響，所以其實真正要做到密封安全應該考慮到全生命周期裡面的密封安全。也就是說電池用了8年、10年以後還能夠保持密封的特性。

A123在做密封設計的時候，我們會在前期進行大量的振動、熱濕循環測試，就是經過了機械疲勞和熱疲勞之後，然後再去沉到水箱里做，這樣才能保證全生命周期。當然我們做的還不夠完美，因為我們還沒有考慮到電池密封本身的老化，經過8年之後壓力，不同壓力不同作用下，甚至密封性能會變成什麼樣，那個時候對整個密封的影響是多少，這些工作我們還在繼續地開展。至少往前在機械熱疲勞和在對全生命周期影響方面已經做了很多的工作。

電氣安全

過去我也參與很多電池包問題的調查，回過頭來看真正發生問題的電池包，大部分是由於電氣上的原因導致最終的熱失控。電氣上的原因其實導致的問題很多就是所謂的絕緣失效，電器的粘連還有內部的連接不好導致局部升溫出現熱失控問題。

其實你看這些的問題，很多東西都是可以通過質量體系來把它排除掉。我曾經看過一個案例，出的問題是繼電器和Pak連接的時候，這麼大的繼電器放好幾十根線在這裡邊，每根線跟每根線的距離非常的近，根本不滿足間隙和爬電距離的要求，加上使用了七八年以後有很多髒東西粘在線上，這樣的話導致線路的絕緣就出問題了。

類似這種事情是在設計初期完全可以考慮到，如果真正內部有嚴格的規範，規定爬電距離和間隙應該是多少，這些問題是完全可以避免的。但是你如果沒有這樣一套質量體系的話就沒辦法。還有繼電器的粘連，如果有很明確的繼電器配合這樣疲勞測試的標準的話，這個問題也是可以解決的。所以我就說通過完整的質量體系，電氣安全方面也可以起到很大的作用。

功能安全

功能安全在過去一兩年逐漸被提上日程，其實這是對於整車廠的同事來說做系統一定要考慮的問題，但是在電池企業這方面做得工作相對整車廠來說比較落後一步。現在很多歐美的主機廠和國內非常領先的主機廠已經把功能安全當成非常重要的一項工作，所以這個工作做得好的話，可以從系統層面到技術層面保證安全：功能安全的控制點在哪？平台總體設計應該是什麼樣？具體的技術設計是什麼樣？

這樣整體考量下來，剛才講的那些過充、過放等等，很多東西都是可以被控制下來。所以這個方面國內正在大力推廣做這方面的工作，A123本身也做了很多的工作，我看了我們的同行很多國內大的領先企業在這方面也做了很多工作，希望我們能進一步的把工作做得更好、更完善，這對整個電池系統的安全會起到非常非常重要的一個作用。我們這行要想持續性發展起來，光靠那些最終標準來測試來考沒有用的，要從最根本上解決問題，如果不在質量體系上下功夫的話，那麼我們可能發現持續發展是比較困難的。

A123質量開發流程，APQP流程，這個流程真正執行下來對保證你質量體系是非常重要的。在產品開發過程當中不同的交付物保證這些東西能夠順利，這是很重要的一個流程。最終我想說合理的利用質量體系，其實可以在很大程度上避免減少電池系統安全的風險，APQP流程我覺得是整個質量體系裡邊一個核心。

最後，我想說一句話，這個行業要想可持續發展的話，質量體系是非常非常重要的一件事，這是讓我們從根本上能和我們的競爭對手，和我們國外的競爭對手競爭的根本，如果沒有這一點的話去過分強調某些技術細節，可能會讓我們有些跑偏。我想利用這樣的一個機會跟大家共同探討這方面，希望也能為行業提高一些這方面的意識，整個行業共同建立起質量體系，來提高我們國家電池系統在國際上的競爭力，為電動汽車的可持續發展做出貢獻。

謝謝大家！

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