活動現(xiàn)場，大眾汽車（中國）投資有限公司亞洲創(chuàng)新中心技術(shù)負(fù)責(zé)人顧功堯發(fā)表了演講。

 

 

以下為演講全文：

 

各位專家，各位領(lǐng)導(dǎo)，大家早上好，我叫顧功堯，來自大眾中國，今天跟各位在座的老師專家比起來可能我只是一個小學(xué)生，所以我在這里只是給大家匯報一下我們在過去兩三年里，和清華大學(xué)汽車工程系現(xiàn)在叫車輛學(xué)院合作的一個研究項(xiàng)目，希望能起到拋磚引玉的作用，也希望大家能夠多多的指正。

 

首先，需要介紹一下我們的這個部門。我們這個部門叫亞洲創(chuàng)新中心，它是屬于大眾集團(tuán)創(chuàng)新部在亞洲的一個分支，我們這個部門在2019年6月份才正式改名，以前叫大眾集團(tuán)研究部，在大眾里面研和發(fā)是分開的，我們經(jīng)常說研發(fā)、研發(fā)，實(shí)際上我們就是大眾的研究部，所以我們是不負(fù)責(zé)具體某一款車型的量產(chǎn)項(xiàng)目，我們負(fù)責(zé)的是相當(dāng)于國內(nèi)主機(jī)廠的前瞻部，我們這個部門服務(wù)于大眾集團(tuán)的所有12個品牌，我們的研究經(jīng)費(fèi)和研究成果都是來自于也服務(wù)于我們大眾集團(tuán)的12個品牌，包括保時捷、我們的商用車，MAN都是我們的內(nèi)部客戶。

 

集團(tuán)研究部2019年6月份被集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)改名叫創(chuàng)新部，也是為了在今天電動化、網(wǎng)聯(lián)化的時代下要強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，強(qiáng)調(diào)和外部的合作伙伴、供應(yīng)商和創(chuàng)業(yè)企業(yè)、創(chuàng)新企業(yè)一起來合作。大家在這張地圖上可以看到我們的主體包括歐洲的創(chuàng)新中心、亞洲的創(chuàng)新中心和硅谷的北美創(chuàng)新中心。同時我們還在很多地方設(shè)立了一些更小的分支機(jī)構(gòu)，以色列、西班牙、東京都有我們的辦公室。從大的中心來講，亞洲中心是全球的三大中心之一。我本人就是負(fù)責(zé)這個創(chuàng)新中心的所有和技術(shù)相關(guān)的，包括鋰電池、燃料電池、自動駕駛、新型材料等等，我們這個中心還有用戶體驗(yàn)設(shè)計和造型設(shè)計等等其他部門。

 

言歸正傳，感謝黃總的分享，已經(jīng)提到了全面的電動車的安全和電池的安全方面，我今天的匯報只是局限在電芯，而且是在機(jī)械加載或碰撞安全下的安全分析和研究，所以我們的目的也很簡單，就是因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在在強(qiáng)調(diào)電動車安全的時候，碰撞導(dǎo)致的熱失控最終的熱擴(kuò)散起火爆炸是安全的一個原因，盡管我們說充電或者在充放電過程中導(dǎo)致的是它最主要的原因，但是碰撞機(jī)械加載引起的仍然是它的安全之一，我們怎么樣既能保證它的碰撞安全同時還保證一個車的輕量化，因?yàn)檩p量化會影響續(xù)航里程，怎么在基本矛盾中取得平衡實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的設(shè)計，我們就需要有一個模型能夠比較準(zhǔn)確預(yù)測在什么樣的擠壓碰撞下會導(dǎo)致它的起火和爆炸，而且我們這里指的是在電芯這個層面上，電芯的模型能夠服務(wù)于模組和整包、整車的設(shè)計。

 

我們以某款電芯為例做了一系列不同加載形式下的機(jī)械實(shí)驗(yàn)，用不同形狀的擠壓頭去擠壓它，這不是針刺實(shí)驗(yàn)，我們用的尺寸更大一些的擠壓頭各種擠壓它，沿著不同的方向以不同的速度，這個項(xiàng)目是從2016年底2017年初和清華大學(xué)汽車碰撞實(shí)驗(yàn)室合作，我自己本人也畢業(yè)于那里，從我的本科一直到博士一直在清華碰撞實(shí)驗(yàn)室。雖然我們是做力學(xué)的做結(jié)構(gòu)的，電池的安全和我們整車的碰撞安全包括車?yán)锩娉蓡T的碰撞安全背后的邏輯都是一樣的，你無法完全避免一個碰撞，當(dāng)無法避免的時候車一定會發(fā)生某種程度的變形，什么樣的變形是可控的，對人是這樣，對電池也是這樣。你要找到一個我們可以接受的容線讓它不要到致人死亡或者致人重度傷殘，對于電池來說也許它也能發(fā)生一定程度的形變但是不會導(dǎo)致它起火爆炸，我們就是要找到這么一個點(diǎn)，有一個這樣的模型去預(yù)測它，所以我們首先要做一系列這樣的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中我們監(jiān)控它的電壓，監(jiān)控它的變形，監(jiān)控它的溫度，來看機(jī)械變形什么時候會導(dǎo)致電池發(fā)生熱失控發(fā)生溫升等等。

 

所以這是一個很典型的電池，不管它是軟包還是方塊電池，典型的力學(xué)加載過程中的變形電壓和溫度變化的過程，首先我們看到的這條實(shí)線就是力和位移的變化過程，左邊橫向的是擠壓頭不斷擠壓進(jìn)電芯的過程，縱軸就是我們的力，力隨著擠壓的進(jìn)行不斷的上升，上升到某一點(diǎn)，因?yàn)槔锩娴碾娦緝?nèi)部的結(jié)構(gòu)發(fā)生了破壞，可能隔膜破了或者正極負(fù)極銅箔鋁箔破了會導(dǎo)致力下降，第二條曲線比較寬的虛線是它的電壓，正好在力開始下降的時候也就是結(jié)構(gòu)破壞，可能它發(fā)生了內(nèi)短路它的電壓開始下降了。最下面這條從下向上升的點(diǎn)線就是它的溫度，幾乎可以看到結(jié)構(gòu)上的破壞、溫度的上升幾乎是同時發(fā)生的，這就告訴我們只要我們能夠準(zhǔn)確的預(yù)測到它的機(jī)械結(jié)構(gòu)力學(xué)結(jié)構(gòu)上的破壞也可以預(yù)測到它的溫升。所以力下降之前對電芯來說都是安全的。今天我們做電池設(shè)計，國標(biāo)都是針對電池包有一些擠壓的實(shí)驗(yàn)，我們當(dāng)然可以從電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計去做一些安全的設(shè)計，但是我們的想法是如果我們的電芯也能承受一定的變形，那么就會對電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求會有一個適當(dāng)?shù)慕档?，這樣對于整車電池包的輕量化的設(shè)計都會有所貢獻(xiàn)。

 

剛才的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)只是我們做的幾百個實(shí)驗(yàn)之一，剛才那個實(shí)驗(yàn)也只是在準(zhǔn)靜態(tài)下很慢的速度下去擠壓它，我們知道影響電池失效的過程會有很多邊界條件的因素，比如你的加載速度，你加載的形式，是拿一個比較小的頭甚至極端情況是一個針刺去刺穿它，還是相對比較大的尺寸去擠壓它，可能都會不一樣，所以左邊這個圖是我們以不同的速度去擠壓它，紅色的線是五毫米每分鐘很慢的速度，最快的這條黃色的線或棕色的線是兩米每秒，這就接近于一個比較低速的汽車碰撞的過程。

 

在不同的速度下，大家會發(fā)現(xiàn)發(fā)生力學(xué)上的失效的時間也是不一樣，在這個電池的情況下是你擠壓的速度越快或沖擊的速度越快失效的越早，我們知道電芯里面本身也是一個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，有正極負(fù)極隔膜電解液等等都有影響，電池的封裝形式，是圓柱、軟包還是方格都會影響。我們測試的這款電池至少速度有很明顯的影響，所以我們?nèi)绻幸粋€模型去預(yù)測它，那肯定是要把速度的影響因素考慮進(jìn)去。與此類似，我們加載的形式，右邊這個圖也能看到，我們有一個球頭球形的表面去擠壓它還是平頭一個平面去擠壓它還是一個圓柱面去擠壓它，發(fā)生失效的形變的位置都不一樣，所以我們需要比較精確的模型去影響，如果是軟包、方格或者沿著哪個面去擠壓它，是實(shí)質(zhì)從車上面打下來還是車典型的側(cè)面碰撞或者正面碰撞，對于電芯來說從不同的表面去擠壓它，可能情況都不一樣。

 

所以基于我們過去這兩年三年做的大量的不同類型的實(shí)驗(yàn)，我們嘗試力學(xué)上叫有限源的方法嘗試建立一個模型去模擬它，左邊的六個圖就是針對大量的實(shí)驗(yàn)中選了六種情況，用不同的商業(yè)化的有限源的軟件去建立電芯的模型，然后去預(yù)測它，黑色的虛線是實(shí)驗(yàn)結(jié)果，紅色和藍(lán)色曲線是我們用不同的有限源軟件去仿真它，背后的模型會略有差異。可以看到在有些情況下，比如左上角的這個實(shí)驗(yàn)，我們的藍(lán)線這條仿真的曲線和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果還比較接近，我們能捕捉到它失效的那個點(diǎn)，但是對于有些實(shí)驗(yàn)我們的模型做得還不夠好，所以我們后續(xù)和清華大學(xué)繼續(xù)簽了兩年到三年的研究協(xié)議，還要進(jìn)行深入的研究。

 

可以跟大家簡單分享一下，目前大家看到這個仿真符合程度在有些情況下不好的主要原因就是因?yàn)槲覄偛胖v的電芯里本質(zhì)也是一個結(jié)構(gòu)，它并不是一個單一的材料，但是我們在這步的模擬或仿真研究中做了一個簡化的假設(shè)，假設(shè)電芯里是均質(zhì)的單一的材料，看能不能用比較簡化的假設(shè)去模擬它，結(jié)果我們的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)并不好，所以我們下一步要建立更精細(xì)化的模型，把正極負(fù)極銅箔鋁箔隔膜等等全部分層的建立出一個分層的精細(xì)化的模型，然后來看這樣一種精細(xì)化的模型能不能更加準(zhǔn)確的捕捉這一點(diǎn)。

 

我們簡單的結(jié)論，首先力學(xué)上或者機(jī)械結(jié)構(gòu)上導(dǎo)致的破壞幾乎在同一時間會導(dǎo)致我們的壓降和熱失控，所以這點(diǎn)是我們整個研究的起點(diǎn)，有這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為驗(yàn)證，后續(xù)就要去研究怎么樣能夠準(zhǔn)確預(yù)測和模擬力學(xué)上的破壞。速度越高可能發(fā)生失效的時間越早，所以我們的模型需要考慮各種邊界條件，包括速度、擠壓方向等等，最終我們還要做更細(xì)致的工作做更深入的研究，和清華，也歡迎其他的高校和其他供應(yīng)商企業(yè)和我們一起合作，把模型做得更加準(zhǔn)確，讓我們的電動車更加安全，續(xù)航里程更高，能源效率更高。

 

我的匯報就到這里，謝謝大家。