活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)，大眾汽車(chē)（中國(guó)）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(zhuān)家，各位領(lǐng)導(dǎo)，大家早上好，我叫顧功堯，來(lái)自大眾中國(guó)，今天跟各位在座的老師專(zhuān)家比起來(lái)可能我只是一個(gè)小學(xué)生，所以我在這里只是給大家匯報(bào)一下我們?cè)谶^(guò)去兩三年里，和清華大學(xué)汽車(chē)工程系現(xiàn)在叫車(chē)輛學(xué)院合作的一個(gè)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(gè)部門(mén)。我們這個(gè)部門(mén)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(gè)分支，我們這個(gè)部門(mén)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(kāi)的，我們經(jīng)常說(shuō)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(chē)型的量產(chǎn)項(xiàng)目，我們負(fù)責(zé)的是相當(dāng)于國(guó)內(nèi)主機(jī)廠的前瞻部，我們這個(gè)部門(mén)服務(wù)于大眾集團(tuán)的所有12個(gè)品牌，我們的研究經(jīng)費(fèi)和研究成果都是來(lái)自于也服務(wù)于我們大眾集團(tuán)的12個(gè)品牌，包括保時(shí)捷、我們的商用車(chē)，MAN都是我們的內(nèi)部客戶(hù)。

 

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(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化的時(shí)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(lái)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(shí)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(lái)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(gè)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(dòng)駕駛、新型材料等等，我們這個(gè)中心還有用戶(hù)體驗(yàn)設(shè)計(jì)和造型設(shè)計(jì)等等其他部門(mén)。

 

言歸正傳，感謝黃總的分享，已經(jīng)提到了全面的電動(dòng)車(chē)的安全和電池的安全方面，我今天的匯報(bào)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(jiǎn)單，就是因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在在強(qiáng)調(diào)電動(dòng)車(chē)安全的時(shí)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(gè)原因，盡管我們說(shuō)充電或者在充放電過(guò)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?cè)趺礃蛹饶鼙ＷC它的碰撞安全同時(shí)還保證一個(gè)車(chē)的輕量化，因?yàn)檩p量化會(huì)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(jì)，我們就需要有一個(gè)模型能夠比較準(zhǔn)確預(yù)測(cè)在什么樣的擠壓碰撞下會(huì)導(dǎo)致它的起火和爆炸，而且我們這里指的是在電芯這個(gè)層面上，電芯的模型能夠服務(wù)于模組和整包、整車(chē)的設(shè)計(jì)。

 

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(gè)項(xiàng)目是從2016年底2017年初和清華大學(xué)汽車(chē)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(chē)的碰撞安全包括車(chē)?yán)锩娉蓡T的碰撞安全背后的邏輯都是一樣的，你無(wú)法完全避免一個(gè)碰撞，當(dāng)無(wú)法避免的時(shí)候車(chē)一定會(huì)發(fā)生某種程度的變形，什么樣的變形是可控的，對(duì)人是這樣，對(duì)電池也是這樣。你要找到一個(gè)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(duì)于電池來(lái)說(shuō)也許它也能發(fā)生一定程度的形變但是不會(huì)導(dǎo)致它起火爆炸，我們就是要找到這么一個(gè)點(diǎn)，有一個(gè)這樣的模型去預(yù)測(cè)它，所以我們首先要做一系列這樣的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)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(lái)看機(jī)械變形什么時(shí)候會(huì)導(dǎo)致電池發(fā)生熱失控發(fā)生溫升等等。

 

所以這是一個(gè)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(guò)程中的變形電壓和溫度變化的過(guò)程，首先我們看到的這條實(shí)線就是力和位移的變化過(guò)程，左邊橫向的是擠壓頭不斷擠壓進(jìn)電芯的過(guò)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(huì)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(kāi)始下降的時(shí)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(kāi)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(shí)發(fā)生的，這就告訴我們只要我們能夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)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(cè)到它的溫升。所以力下降之前對(duì)電芯來(lái)說(shuō)都是安全的。今天我們做電池設(shè)計(jì)，國(guó)標(biāo)都是針對(duì)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(jì)去做一些安全的設(shè)計(jì)，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(huì)對(duì)電池包的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求會(huì)有一個(gè)適當(dāng)?shù)慕档停@樣對(duì)于整車(chē)電池包的輕量化的設(shè)計(jì)都會(huì)有所貢獻(xiàn)。

 

剛才的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)只是我們做的幾百個(gè)實(shí)驗(yàn)之一，剛才那個(gè)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(guò)程會(huì)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(gè)比較小的頭甚至極端情況是一個(gè)針刺去刺穿它，還是相對(duì)比較大的尺寸去擠壓它，可能都會(huì)不一樣，所以左邊這個(gè)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(gè)比較低速的汽車(chē)碰撞的過(guò)程。

 

在不同的速度下，大家會(huì)發(fā)現(xiàn)發(fā)生力學(xué)上的失效的時(shí)間也是不一樣，在這個(gè)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(gè)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(huì)影響。我們測(cè)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€(gè)模型去預(yù)測(cè)它，那肯定是要把速度的影響因素考慮進(jìn)去。與此類(lèi)似，我們加載的形式，右邊這個(gè)圖也能看到，我們有一個(gè)球頭球形的表面去擠壓它還是平頭一個(gè)平面去擠壓它還是一個(gè)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(gè)面去擠壓它，是實(shí)質(zhì)從車(chē)上面打下來(lái)還是車(chē)典型的側(cè)面碰撞或者正面碰撞，對(duì)于電芯來(lái)說(shuō)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(guò)去這兩年三年做的大量的不同類(lèi)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(gè)模型去模擬它，左邊的六個(gè)圖就是針對(duì)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(cè)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(huì)略有差異。可以看到在有些情況下，比如左上角的這個(gè)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(gè)點(diǎn)，但是對(duì)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(jiǎn)單分享一下，目前大家看到這個(gè)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(gè)結(jié)構(gòu)，它并不是一個(gè)單一的材料，但是我們?cè)谶@步的模擬或仿真研究中做了一個(gè)簡(jiǎn)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(jiǎn)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(gè)分層的精細(xì)化的模型，然后來(lái)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(jiǎn)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(shí)間會(huì)導(dǎo)致我們的壓降和熱失控，所以這點(diǎn)是我們整個(gè)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(cè)和模擬力學(xué)上的破壞。速度越高可能發(fā)生失效的時(shí)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(dòng)車(chē)更加安全，續(xù)航里程更高，能源效率更高。

 

我的匯報(bào)就到這里，謝謝大家。