欣动能源周双军:两轮车电池超充技术的革新与安全保障

彬彬评商业 2024-11-07 15:41:10

开拓新蓝海 共赢新周期!

11月6-7日,由起点钠电、起点锂电、起点充换电、起点研究院(SPIR)联合主办的2024起点钠电行业年会、2024起点锂电&两轮车换电行业年会(同期举办:2024第十届起点金鼎奖颁奖典礼/CINE中国钠电展)在深圳山燕子湖会展中心A馆隆重举办,现场1500+产业链嘉宾齐聚盛会,共探行业新篇章。

7日下午,在2024起点锂电&两轮车换电行业年会——专场三:两轮车换电及电池技术专场,欣动能源 研发中心副总经理 周双军发表了《两轮车电池超充技术的革新与安全保障》的主题演讲。

欣动能源 研发中心副总经理 周双军

以下为现场实录:

周双军:各位来宾,各位专家,大家下午好!

汽车电动化趋势已经形成,超充也逐渐成为各种电动汽车的标配,两轮车是不是也是这样的趋势?我今天分享的主题是《两轮车电池超充技术的革新与安全保障》。

在开始介绍之前,先向大家介绍我们是谁、我们来自哪里、我们在做什么。

我们来自于欣旺达电子股份有限公司,历经二十余年,欣旺达发展成为全球锂离子电池领域的领军企业,形成了3C消费类电池、智能硬件、动力电池、储能系统、创新与生态五大产业群,并致力于为社会提供更多绿色、快速、高效的新能源一体化解决方案。

我所服务的公司欣动能源,是欣旺达控股的子公司,2014年开始做电动两轮车,2022年首条圆柱电芯生产线投产。

这是我们的产品家族:圆柱电芯、移动储能、智能硬件和智能出行。智能硬件主要包含了机器人类的电池,智能出行主要是两轮车类的电池。

再介绍行业现状及超充应用。

第一阶段2000-2004年,是高速发展期。行业高速发展,电动两轮车增速迅猛,随着城填化水平的提高和城镇家庭人均收入水平的提高,越来越多的电动两轮车走进国民家庭。

第二阶段是2007-2018年进入市场饱和期。

第三阶段是2019-2022年,是产业升级及转型期,019年新国标实施后,强制性指标要求与3C产品认证带动了锂电替代铅酸比例提升,也加速了产业升级与行业发展,电动二轮行业迎来了“第二春”,同时锂电安全事故频发。

第四阶段,可以说从今年开始,是产业出清及出海期。随着新国标修订,锂电池新国标强制实施,监管加严、以旧换新,锂电落后产能淘汰消费升级,正规锂电厂家登上舞台,行业健康发展。海外电气化趋势逐渐形成,出海成为主旋律。

车辆耐用性及电池续航能力关注度最高,电池耐用年限集中在3-7年;续航偏好上集中在50-80公里,结合整车重量的限制,锂电池是最优的选择,具有能量密度高,体积小、重量轻,续航长,使用年限长等优点。锂电池由于成本、安全和行业的规范等,成为快速发展的主要因素,但安全方面,锂电池起火爆炸等问题难以根除,消费者是很难接受的。

根据中国自行车协会的数据统计,2023年我国电动两轮车保有量超4.2亿辆,相当于每3人就拥有1辆,年产销超过5000万台,均居世界第一。

近几年,安全事故频发,比如2022年,电动自行车火灾1.8万起,相比2021上升23.4%;2023年,电动自行车火灾2.1万起,相比2022年上升17.4%。

多发的火灾事故和上升的态势,引起全国人大代表的关注,也严重影响老百姓的财产生命安全,阻碍了电动自行车产业及行业的发展。对于安全事故原因的分解,有超80%是由于充电导致,其中有一半是由于长时间的夜间充电导致。

充电难、充电风险大。室内不允许充电,公共区域充电接口少,充电速度慢,充电风险大。

两轮电动车的用户人群是个人用户、共享换电和快递外卖。他们的共同痛点是:充电难、充电满。

因此我们提出了超充应用解决方案,实现车电一体,三电协同;即插即充,即充即走;一杯咖啡,满电出发。

当然,超充也带来了一系列的挑战:充电设施匹配、标准及规范、电池挑战等。

接下来看超充电池技术。

超充对电池的影响:

1.首先是电芯层面:导致电芯内部快速产热,内部热平衡;导致电芯内阻增大,加速电池寿命的衰减;产生析锂或生成锂枝晶,形成内短路,引起安全隐患;快速膨胀导致裂纹、极片断裂等,就像人快速吃饭。

2.PACK层面:电芯快速产热,PACK后产热更快速;如何进行有效的热平衡和热管理;放大电芯间不一致带来的影响,电芯间温差加大。

3.智能系统层面:不同温度下充电速度如何优化;电池状态监测与充电安全保障;数据分析与优化,寿命与安全预测;如何充得又快又满,还要对电池的寿命和健康影响最小。

4.充电枪层面:对电网的影响;充电桩部署及便利性;要具备大功率充电能力,充电功率跟随BMS请求实时动态调节。

所以,要实现给电池超充,它其实是一项系统工程,需要从电芯、PACK、BMS、电网、充电桩等全方位、多层级进行考虑和突破。

首先是电芯,要实现快速充电,需要从电芯正负极材料、隔膜材料、电解液的选择、极耳分布、电芯内部热点分布、结构设计、生产制程工艺等全方位进行考虑,确保电芯的快充性能和安全。圆柱电池有极强的抗压能力,圆柱的生产工艺非常的成熟,圆柱电池的一致性和良率非常高,再加上圆柱电池全极耳的技术,以及圆柱电池PACK之后,它的良好散热能力和安全性,所以我们在超充电池对于电芯封装的选择上选择了圆柱的技术路线。

热管理方面,在超充系统中发挥着非常重要的作用。电池对温度是非常敏感的,温度太高可能会导致电池寿命的衰减,甚至会影响到电池的安全,它最佳的工作温度范围是在15-35度,我们需要通过良好的热设计和热管理来保证整个电池的散热能力,采用相变复合材料,能够快速将电池的热量吸收和导出,同时采用热管导热技术,快速降低系统温度的同时实现有效均温,整体散热效率提升40%,超充情况下系统整体温差小于5度。

BMS超充智能管理,超充就像倒啤酒,倒得越快,上面的泡沫越多,需要花更多的时间将这些泡沫挤掉。充电也是一样,充的速度越快,电压越高,虚电越多。如何才能让它倒得又快、又满还不溢出呢?这是电池系统BMS发挥的作用,通过智能超充算法,优化和提升充电速度。

根据电池实时状态调整充电功率,达到最优的充电速度;根据电池的健康状态、环境温度等实时调整充电策略;充电协议与控制策略,精确控制充电过程,系统减少电池的老化速度;防止电池出现过充、过放和过度充电情况;均衡控制算法,提升电池组电芯间的一致性,延长系统寿命;

SOH充电实时跟随算法,延长系统使用寿命,并确保全生命周期的充电安全。实时监测电池电压、电流、温度、容量、健康状态等指标参数,确保电池安全。根据电池健康状态和环境温度等因素,实时调整充电功率,以确保充电既快速又安全。安全控制技术与预警算法,防止电池发生危险情况,温度限制与保护。

云端电池管理方面,我们可以实时查询,实时快充信息显示、电池实时运营状态状态显示、历史数据查询;实时定位,可以多重定位GPS,楼宇、隧道、车库信息保障;统计分析,分析用户的习惯,分析数据统计,以及历史数据和远程升级维护;以及安全预测,结合云端的大数据,加载云端BMS模型,可以对电池进行多时间尺度的安全预警,一旦发现某电池有异常及时对电池进行主动干预,让附近的运维人员快速对电池进行隔离和处理,防治事故的升级。

安全是底线,安全是基石,我们做系统一定是以安全作为第一位。在最极限的情况下,我们的电池也只不起火、不爆炸。

最后介绍一下我们的“逸风”超充电池,涵盖48V到90V的产品,适用于电动两轮车、轻型电动摩托车,最大3C充电,支持5KW功率协议充电,20分钟可充满80%,一杯咖啡、满电出发。

注:本文根据速记稿件整理,未经演讲者审核!

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