同济大学汽车学院魏学哲：软包电池控制系统技术与算法分析

3月18日，由中国化学与物理电源行业协会动力电池应用分会和电池中国网主办的第二届新能源汽车及动力电池（CIBF深圳）国际交流会在深圳会展中心拉开序幕。本届大会主题为“软包电池技术应用与发展”，能见App将全程图文直播本次盛会。

同济大学汽车学院副院长魏学哲出席开幕式及“高能量密度软包电池应用前景”论坛并做题为《软包电池在汽车领域的应用》的精彩演讲。以下为发言实录：

魏学哲：这个会议是做软包的专场，给我提的是定型的作文：谈谈软包电池在汽车领域应用的事情。软包电池在汽车上应用也很多，我们也一直很关注这个事情，特别是最近两年。

大家也会看到电池过去是材料技术进步比较快，但是最近有很多结构上进步，比如说刀片电池、CTP、CTC等压缩非活性材料的空间和重量。软包电池能量密度会高一些，软包电池被关注也是理所当然的事情。

另外，我们会看到这个行业的发展，安全事故也比较多，特别是前几年在政策的引导下，补贴倾向于高能量密度的电池，大家走得有点急了，就有一些安全事故出来。不光中国有这个事情，韩国现代、LG等问题也很突出。

为了这个行业更加稳健的发展，软包电池所天生的安全方面的优势就体现出来了，这是我认为的两个关键点。

（图）后面这张图说明什么事情呢？在我们调查的电动汽车事故中，纯电动都是电池在下面，在使用过程当中非常常见的问题是电池包受到挤压，比如说马路沿或者是路上的石子撞击，使得电池包变形，变形程度大了就直接挤压到电池了。从这个角度来看，软包电池在挤压后的变形，耐挤压性好，这也一定程度上实现了电池系统的安全性，这是它的优点。

从我们前面的工作来看，真要是在汽车上把软包电池用好，也还是存在相当多的挑战。下面我简单地把它归纳了一下，分为四大类：1.尺寸和机械设计；2.厚度、预紧力与寿命；3.结构与热管理；4.密封、胀气和安全性。后面简单地从这4个方面来讲一下一些工作和一些问题的看法。

第一个问题是尺寸问题，汽车行业主流是做机械出身的，做机械的人上大学就专门有公差配合的课，尺寸问题是机械问题的第一个问题，很多汽车企业选硬壳电池而不是软包电池，很重要的原因就是尺寸控制不住，我不知道这个尺寸到底是多少，在整车间有尺寸的要求下，对软包电池的尺寸误差提出了很高的要求。软包尺寸确实还有两面性，既有好的一面，也有不好的一面，在单体层面解决还是某种层面解决？不管哪种层面都是要非常严肃地看待尺寸控制的问题。

尺寸问题还有膨胀的问题。充电、放电的时候会吸放，要么是力变化，要么是尺寸变化，这是一个难免的事情。刚刚讲了预紧的变化和尺寸的变化，以及充放电的过程，尺寸控制不是静态的问题，而是动态的问题，跟充电的动态过程相关。放在一个更长周期来看，它跟电池的寿命有关系，电池寿命越衰减就越膨胀，之后尺寸会增加，寿命也会发生改变，这是一个基本的性质，我们要严肃面对。

预紧力大家做了很多的工作，紧也不行，松也不行，要适合才行。太紧了会贴到隔膜上去，在较大外力下，会存在化学降解的问题，这是机械和化学降解相互耦合的关系。刚刚看到这个力随着充放电电流的变化而变化，随着寿命的变化而变化，所以充放电应该是可以动态调整的力。

还会看到膨胀的特性，从寿命的膨胀特性来看是可以打一个“勾”的形态，基本上是线性的增长方式。这是过程当中对它的特性要研究清楚。

硬壳也同样存在这个问题，但因为它有壳在这里，软包没有这个，模组设计就非常重要。还有非常重要的一点是热的问题，前面也有人讲到热管理容易做，我认为这是问题的一面，它也有不容易的一面，一般来说比较大和比较长，热的传递有三个方向，如果是在厚的方向是容易传导的，现在乘用车来说，散热面是在底部，如果在Z方向传导热是非常不容易传导的，对软包电池是非常大的问题。

它解决这么几个事情：导热系数不够，大倍率快充下发热多，尺寸变化大，我认为这是一个非常重要的趋势，就是汽车行业会走向快充，3C、4C的快充，甚至是更高。包括基础设施的建设，前几年的思路是慢充为主，快充为辅，现在来看这个思路要调整，大量慢充应用效率非常低，时间也是金钱，不光电费是钱，时间是更重要的钱，我讲的意思是做软包电池的设计，或者是软包电池箱的设计，一定要站在适应快充的条件下考虑。

软包有两个方式，一个是在上面的方式，一个是条状的方式。目前做大的，特别是适应快充，显然右边的方式会更使用需求。软包的传热，左边的传热不均匀，有一个弯的路径，电流传递不均匀所以发热就不均匀，散热不管怎么布置，基本上都是一个面，也就是说，在厚度方面散热再好，如果不能有效的传递过去，这是没有用的。

为了改进这个问题，也有人把软包的设计接近于硬壳的思路，就是在软包上加上导热的金属铝板，可以是一片加一个，也可以多片加一个，有的方案设计里面是软包，外面是硬壳，这个硬壳是不需要完全密封的结构，一个形状上做约束，还能在传热上提高。

还有刚刚谈的安全问题，软包安全是有好处，是什么意思呢？是不爆炸。拿爆炸这个事情来谈，这个要求太低了，硬壳也不能爆炸，爆炸是比较低的要求。

不爆炸之后，软包在安全上还有什么好处呢？还有什么挑战呢？我刚刚讲了一个比较大的优势，从我的观察来看，软包是耐针刺能力很差，一刺就破，硬壳是耐针刺能力好一点。

软包耐挤压能力好一点，在使用上，耐挤压比耐针刺的情况多得多。过去开车的时候，汽车底部马路牙子挤一下没有关系的，现在就必须要考虑这个问题，特别是过去的汽车是要把底盘做低，风阻做小，现在为了照顾电池就必须做高，这对于汽车的性能是一个很大的制约，耐挤压是一个很大的问题，这也是软包的好处。

刚刚讲了鼓包的问题，吹得像枕头的情况，这是常见的情况。还有电解液泄露，毕竟是焊接出来的方式，软包是粘出来的形式，所以密封性还是一个挺大的问题，密封的边宽了之后，有效的利用体积会降低，密封的边窄了之后，密封度就会向下。在汽车使用环境下，高低温的变化，在针对的情况下，在10-15年的寿命情况下，能不能做到密封的效果。

还有热安全的问题，刚刚大家讲了不会爆炸，破的地方不会有那么大的压力堆积，但是反过来看，破的位置也不确定，硬壳电池有安全阀，会在固定的地方破，如果这个地方产生气体的时候，会知道在什么地方破，会产生气体，有专门的管道把气体导出去，这样就提高了安全性。软包电池会破，但是破的地方不知道，汽车就没有办法用了，这也是它的弱点，这是做软包系统设计需要考虑的。

上午时间比较紧张，首先说优势，能量密度高是非常大的优势，还有体积可变，或者是变化体积是相对容易的事情，大家看到这个行业标准化的问题，尺寸统一有优点，但也有缺点，大中小的电池都有，它就是尺寸不统一化。还有安全性相对较好，这个问题不绝对，看以什么方式。

还是回答提的4个问题：1.尺寸问题。到底在哪个问题上解决，这还是需要回答；2.成组后所受预紧力大小需结合软包全生命周期规律调节；3.垂直方向换热困难，难以设计热管理系统；4.复杂工况下密封、热失控等安全性问题规律不易掌握。

刚刚也讲了，如果热的问题不能很好的解决，它就很难来适应快充的需求，但有一些不用快充，比如说公交车、换电模式，它就没有太多的需求，只是能量密度要求比较高，软包应用场景是适合的。技术路线没有绝对的好和绝对的坏，要配合合适的应用场景。

（根据速记整理，未经本人审核）