汽车行业新闻

2020

11/26

汽车行业新闻

分享至

2020-11-26 15:04:09

新能源汽车热管理政策标准—— 监管方向分析

 摘要:随着新能源汽车的飞速发展,对于汽车热管理方面的要求愈加严格,特别是制约新能源汽车发展的安全和续航里程问题,与汽车热管理系统息息相关。我国政府大力推进新能源汽车产业发展,为应对热失控,多项政策、标准对新能源汽车安全监管提出一系列具体要求。本文主要介绍新能源汽车热管理目前存在的问题,从宏观角度对近一年来的多项政策、标准监管方向进行分析,并结合目前行业现状对未来政策标准发展趋势做出相应预判。

  前言

  随着汽车的电动化和智能化的发展,为保证功能单元维持最佳工况温度区间以及提升整车能量利用效率,新能源汽车热管理系统重要性日益凸显。由于三电系统的加入,相比传统车,新能源汽车的热管理系统更为复杂,目前仍存在诸多问题亟待解决。

  国家出台多项政策、标准进行监管,从生产准入到安全排查等,多角度对新能源汽车热管理提出更高要求。本文透过新能源汽车热管理目前存在的问题现状并结合近一年来多项政策、标准的监管实施,对未来新能源汽车热管理的国家监管方向进行了分析判断。

  1、我国新能源汽车热管理领域问题现状

  传统车热管理系统主要包括动力系统热管理(发动机、变速箱)和驾驶舱空调系统。而新能源汽车热管理系统包括三大部分:电池热管理、汽车空调热管理,以及电驱动及电子功率件冷却系统等,因此复杂度有所提高[1],依然存在诸多问题亟待解决,总结来说主要涉及三方面。

  第一,对于电池部件来说,动力电池的工作温度直接影响性能、安全以及电池寿命。对于整车系统而言,温度对新能源汽车运行安全、舒适性以及能耗性能等方面具有影响。因此,新能源汽车热管理系统重要程度可见一斑,新能源热管理系统主要是实现统筹温控,保证整车运行的安全性、经济性与舒适性。

  众所周知,续航里程问题一直是制约新能源汽车发展的一大痛点,特别是在冬季行驶中,里程随温度降低急剧缩短,空调的使用更是加速了里程的缩短,因此新能源汽车热管理的需求加大,电池系统管理是关键。

  总结来看,动力电池系统目前存在三大技术难题。

  (1)热安全方面:目前随着电池技术的快速发展,大功率快充成趋势,一味追求过高的功率密度、电池能量密度以及放电倍率等,引来诸多过热安全问题。[2]

  (2)寿命和效能方面:一方面电池整体性能和寿命受制于电池工作温度,另一方面均衡温差对于电池内损内耗以及稳定性方面影响极大。

  (3)高寒应用方面:冬季,新能源汽车续航里程大幅降低,主要原因在于电池受温度影响存在热保障难、预热慢、容量和寿命衰减、能耗高、性能差、内阻差异大等诸多问题。

  第二,目前电池热管理系统市场在迅速发展,随着市场的逐步扩大,随之而来的市场化问题也频繁出现。

  (1)目前,对于大部分开发pack的企业来说,专业的热管理工程师相对缺乏。这就导致由于对电池热管理认识不清或者不了解电芯产热和导热特点等,导致成本投入高、性能不理想等问题时有发生。更甚者,出现由于最初设计的不合理直至装车实测才被发现,导致最终更改设计的投入巨大。

  (2)大部分电芯企业无法提供准确的热物性致使客户无法进行准确的热仿真。很多企业仅仅提供电芯初始状态(BOL)的参数,却不能提供电芯寿命末期(EOL)状态下参数,电芯寿命末期,由于电芯的劣化,极易出现热管理系统不能满足整车设计工况或要求的现象。

  (3)多种冷却方式并存,技术路线选择难。目前冷却技术涵盖自然冷却、强迫风冷、液冷、冷媒直冷、半导体冷却、浸没式冷却以及相变材料冷却等多种冷却方式并存,技术路线选择存在争议。液冷是目前大规模应用的一种方式,冷媒直冷极具发展潜力,低成本、低重量是其优势,自然冷却在低成本车型领域具备一定竞争力。[3]

  (4)当前,新能源汽车热管理领域相关部件市场尚未统一,略显混乱。在关键零部件和材料方面,客户标准还不能统一,尚未出现明显占据优势的企业。

  第三,近来新能源汽车起火事故多发,安全问题需要引起高度重视。

  从统计数据来看,2020年上半年国内共发生20起电动汽车起火事故,同比下降31%;涉及车辆28辆,同比下降22%。虽然国内电动汽车起火事故较去年同期呈现下降趋势,但是行业安全问题依然不可忽视。

 

图1  2020年上半年电动汽车起火事故数量统计 

  由图1可见:6月是高发月份,可见温度的影响较大,随着夏季来临,高温、暴晒等恶劣天气容易引发电动汽车安全事故。

  从车辆类别来看,新能源乘用车占75%,专用车占20%,客车占5%,且均为纯电动车型。

  从车辆状态分析来看,使用状态占比40%,充电状态占比35%,静置状态占比25%,充电状态涉及的车辆数目最多,高达13辆。

  从电动汽车的充电、使用到静置均有起火事故的发生,新能源汽车安全问题需引起足够重视,起火原因中很大一部分是源于热失控。

  2、热管理领域监管加强,政策法规要求趋严

  新能源汽车安全问题是制约消费者选择的痛点之一,近年来关于新能源汽车的事故依然多发,相关政策/标准的监管力度正在持续加强。

  应对热失控,一年来多项政策/标准对新能源汽车安全监管提出要求,主要表现为以下四方面:

  (1)从生产企业、产品准入以及产业发展等角度强化安全监管。《新能源汽车生产企业及产品准入管理规定》修改如下:第三十二条建立了运行安全状态监测制度。第二十条调整修改,增加技术要求:要求地方主管部门对新能源汽车生产企业的产品合规性进行监督,对产品是否符合安全技术标准作出规定;要求企业具有能够保证产品质量安全和安全生产的管理措施。

  《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》(征求意见稿)[4]强调:加强安全生产和监管,强化市场主导,指出政府的职责是政策法规制定,安全监管,市场秩序维护等,强化安全保障体系。

  (2)工信部发文开展车辆安全排查、加强企业监测平台自查。2020年6月8日,工信部装备发展中心发文要求新能源汽车生产企业及动力电池供应商对生产的新能源汽车开展安全隐患排查工作。《关于开展新能源汽车安全隐患排查工作的通知》提出重点对已售车辆和库存车辆进行安全排查。

  此外,同时要求企业应当检查安全监测系统功能是否符合国家标准要求,是否及时反馈车辆安全信息。各地区售后服务机构监控平台7×24h全天值班制度,设置故障处理联系人;3级故障1日内反馈地方和国家监管平台;1日内多次3级故障,开展安全检查并将处理结果于5日内反馈地方和国家监管平台。

  (3)首批强制性国家标准出台,强化热失控管理。2020年5月12日,工信部组织制定的GB 18384-2020《电动汽车用动力蓄电池安全要求》、GB 30381-2020《电动汽车安全要求》和GB 38032-2020《电动客车安全要求》三项强制性国家标准发布,三项强标是我国电动汽车领域首批强制性国家标准,将于2021年1月1日起开始实施。[5]

  《电动汽车用动力蓄电池安全要求》在优化电池单体、模组安全要求的同时,重点强化了电池系统热安全、机械安全、电气安全以及功能安全要求,试验项目涵盖系统热扩散、外部火烧、机械冲击、模拟碰撞、湿热循环、振动泡水、外部短路、过温过充等。增加了电池系统热扩散试验,要求电池单体发生热失控后,电池系统在5分钟内不起火不爆炸,为乘员预留安全逃生时间。

  《电动汽车安全要求》主要规定了电动汽车的电气安全和功能安全要求,增加了电池系统热事件报警信号要求,能够第一时间给驾乘人员安全提醒。

  《电动汽车用动力蓄电池安全要求》对电动客车电池仓部位碰撞、充电系统、整车防水试验条件及要求等提出了更为严格的安全要求,增加了高压部件阻燃要求和电池系统最小管理单元热失控考核要求,进一步提升电动客车火灾事故风险防范能力。

  (4)直接对动力电池热管理系统性能试验方法提出详细要求。T/CSAE 117-2019《动力电池热管理系统性能(台架) 试验方法》于2019年10月正式发布,于2020年10月29日实施。此标准规定了动力电池热管理系统性能的试验方法,适用于乘用车用动力电池热管理系统,商用车用动力电池热管理系统可以参考使用。

  此标准针对目前行业迫切需要的电池热管理系统性能测试评价所关注的性能项目、参数指标、测试方法等进行了系统分类整合,结合整车需求和电池特性,能够为行业提供基本的技术标准的参考。

  此标准从热管理系统基本性能的测试方法出发,在基本功能(包括系统阻力、密封性能、固体相变系统储热能力)、冷却性能(包括高温快充、高温工况放电、常温冷却)、加热性能(低温充电、低温放电)、保温性能、均温性能五大方面、十项关键项目提出了详细的测试方法[6]。 

 

图2  CSAE 117-2019《动力电池热管理系统性能(台架) 试验方法》关键项目

  电池热管理系统应用技术发展迅速,行业需要在此标准基础上,结合实际需求不断发展,重点关注电池系统整体的复杂性,推动电池热管理系统相关标准进一步完善和提升。

  3、分析预测

  未来,针对新能源汽车热失控监管将会继续加强,强制性标准将进一步完善和提升,预计将呈现三大趋势。

  1. 强化安全监管,重点对安全隐患(冒烟、起火、燃烧、热失控)等进行监管检查。

  2. 企业责任凸显,明确企业是新能源汽车生产安全的第一责任人,因此对于企业的热管理相关技术将提出更高要求。

  3. 标准角度发力,更多强制性标准将制定或发布。目前,新能源汽车安全、热失控防护等相关标准工作向前推进了一大步,下一步将继续完善和提升。

 

  参考文献

  [1] 邬博华. 新能源汽车:热管理市场加速放量[J]. 股市动态分析, 2018, 000(005):34-35.

  [2] 李军求, 吴朴恩, 张承宁. 电动汽车动力电池热管理技术的研究与实现[J]. 汽车工程, 2016, 38(1):22-27.

  [3] 逯彦红, 段国林. 车用锂电池散热方法研究[J]. 电源技术, 2016, 40(012):2476-2478.

  [4] 明星. 《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》公开征求意见[J]. 中关村, 2020.

  [5] 赵文君. 三项强制性国标公示 电动汽车安全有“底线”了[J]. 安全与健康, 2019.

  [6] 中国汽车工程学会,动力电池热管理系统性能(台架)试验方法解析.

【来源:产品安全与召回】

【作者:朱培培,李博,王焰孟 (中国汽车技术研究中心有限公司)】

THE END

欢迎商讯广告合作 寻求合作

本网所发布的转载文章版权归原作者所有,旨在传递信息,不代表中国汽车召回网的观点和立场。

0条评论

Copyright © 2017.company 中国汽车召回网 All rights reserved. 京ICP备13004668号-2 京公网安备11011402010522

扫一下关注微信公众号

汽车投诉热线

010-65537365

或拨打 010-64696365

8:30-16:30 (法定假日除外)

微信公众号

用户登录 ×