刘海晶:谢谢主持人的介绍,吁博士现在正在美国出差,所以我代替吁博士来做下面的演讲,我还是会用中文来做这个演讲,因为观众多数也都是中国人。
各位专家学者大家下午好!我是来自通用汽车的刘海金(音)今天主要介绍一下我们比较有创新的一项技术。
这张主要是概括了我今天要讲的主要内容,包括汽车的电器化进程的一些因素,以及通用汽车在这些方面对应的一些解决方案,我会简单介绍一下通用汽车位于中国上海在2012年建立的电池研发实验室,最后会着重介绍一下我们所创新的一种参比电池相关的工作的结果。
这张图主要概括了全球主要10大汽车销售市场的汽车销量,从统计数据来看,从2000到2015年,汽车销售的市场主要被美国、欧洲以及中日四个主要的领域所占据。据统计,2015年全球汽车销量大概在8300万辆,其中在美国市场,经历了大概15年的销量下滑之后,在2015年逐渐恢复了2000年的1700万辆的销售额。转眼看中国市场,中国市场的销量是遥遥领先的,而且增长非常迅速。
可以看到在去年2015年中国市场的汽车销量大概在2400万辆,预计到2020年中国市场可以达到3000万辆。
随着汽车销量逐渐的增长,对于如何提高燃油经济效率以及减少碳排放也遇到了一个巨大的挑战,因此对于现有技术的一个优化,以及电气化这样的一个进程是十分有必要的。
从统计数据来看,欧洲以及美国、中国在近期5大10年当中,所指定的燃油经济的需求是趋于一致性的。随着汽车销量的增加以及对于排放的要求,通用汽车的目标就定在了如何减少排放。我们从启平技术以及微混的和强混的再到增层式的技术上,我们对整体车间提供了全方面的解决方案,因此,对应了不同的车型,下面我也会跟大家简单介绍一下。
我们上海电池研发实验室目前主要针对的是最前端的启平技术。刚才黄老师也有提到纯电动汽车只占了大概10%到20%左右的市场份额。
这一张图主要概括了通用汽车在全方面的电气化的解决方案,首先是在Stop Start技术上,目前我们所涉及到的启平技术是AGM的铅酸解决方案,同时也在研发铅酸和锂离子电池双电池的体系,同时也针对纯锂离子电池的单电池体系进行了进一步的研发,大概能够提高7%左右的燃油经济效率。
对于微混的技术来说,通用现在已经在别克的君悦还有君威的车型上已经使用了这类技术。
通用在2010年首次推出了第一辆增层式的电动车,它具有60公里的纯电动的续航里程。这辆车电池系统非常复杂,也为电动汽车的行业树立了一个技术标杆。同时,基于雪佛兰的基础之上,也把这一类技术用在卡迪拉克车型当中。
通用在2012年推出了雪佛兰的纯电动汽车,其中有130公里的纯电动续航里程,在今年下半年也会推出全新的纯电动汽车,其会有300公里的纯电动续航里程。
通用汽车本身是一家汽车公司,我们不会生产电池,但是我们希望能够提出一些解决方案来解决电池的成本以及系统优化当中遇到的一些问题。我们科研的目标是了解电池材料的一些基本状况,以及材料在最终整车体系当中,对整车性能以及成本上面所起到的一些影响,从而我们希望帮助电池材料厂商以最快的速度将最好的电池材料引进下一代的电动汽车当中。我们希望,全方位的和整个电池产业链保持良好的合作与开发的关系。
这张图是上海的一个电池研发实验室,这张图拍摄的是我们电池组装线一个干燥间的概况。可以看到,我们是达到了一个工业级的电池的生产水平。我们是在材料的评估以及电池的设计上都拥有了很高的评估以及开发的能力。
下面我将主要介绍一下我们的专利技术,在产品当中引入参比电池的一种设计,这个设计主要有四大优点,对于参比电池的引入,可以是现在极片级别上来对电池前期的预判以及后期的诊断。这种残比电池的技术可以大大提高对于电池SOC估值的准确性。
另外一个优点就是说这种参比电池可以进行自我的校正和自我的再生,这个是参比电极没有办法实现的。
这种参比电池的技术可以用在任何的产品化的电池当中,包括软包、硬壳以及圆柱形电池。唯一的一个缺点就是说,这种残比电池的引入会在电池组装的过程当中稍微的增加一点组装的复杂性。对于这种残比电池的应用,我们目前主要看到的两个方面,一个是在线应用,一个是线下应用。对于在线应用,主要包括对于产品电池在使用过程当中的一个在线的预判,以及在线的诊断,还有SOC的估值。
在线下主要包括通用,或者是评估电池供应商的电池在开发的过程当中来加速我们的开发进程。
我们目前主要是针对Stop Start体系的一个研究,我们也会对参比电池进行一些验证。
这张表格主要是介绍了我们的工作电池。我们在不同的温度下对工作电池进行小电流0.05C的充放电,同时在工作电池当中引入了残比电池这样一个体系,通过它来检测正极以及负极不同的电压值。从图中我们可以看到,上面深蓝色的是正极对参比电机的一个定位值,下面浅蓝色的是负极,加粗的紫颜色的曲线是工作电池测量的实际的电压值。红色的曲线代表了通过正极减去负极计算出来的电压值。不管是在放电还是充电的过程当中,计算值和实际的测量值都完全吻合。这也证明了残比电池的准确性。
绿色的曲线代表了我们电池中的参比电极对于金属锂的定位值。同样的测试,我们在0度以及零下20度、零下30度都已经了同样的验证。
我在常温下对于引入参比电池的工作电池进行3C、3C的循环充放。在图中我们可以看到,即使在1000圈之后,计算值和实际测量值都是完全吻合的,而且在1000圈之后参比电机绿色的曲线也没有任何的漂移。所以也充分的证明了参比电池在常循环过程当中的一个耐久性。
同时,通过参比电极我们探测到了正极和负极两极的电位值,我们可以对整体电池的进行分析,我们可以看到在1000圈之后电池的衰减也主要来自于正极的锰酸锂。
我们也在超低温的冷启动的条件下对参比电池进行了进一步的验证,我们是在零下30度进行了大电流的放电。上面的图代表的是全电池在瞬间的大电流放电下,电压下降了0.6伏,我们也通过参比电池的检测,正极的锰酸锂下降了0.1伏。
综合以上的实验我们验证了参比电池在不同条件下的可行性以及准确性还有稳定性,同时我们也验证的参比电池具有检测正负极这样的一个能力。所以,我们也很迫切的希望大家能够进一步来理解我们的这个参比电池的一个概念,我们也希望这个设计能够有更多的机会运用到锂离子电池的开发和应用当中。谢谢就这些。
主持人:我们何以问几个问题。
提问:您不能再详细地解释一下您那个参比电池是一个什么概念?没有参比电机吗?
刘海金:这个涉及到一些专利的问题,我可以简单地说一下,我们是在常规的工作电池当中引入了一对电池,有正极和负极的电池体系,只是说这个电池体系其中一级会含有磷酸铁锂,有较宽的平台定位这样的材料。我们有一些专利,一些具体的细节也可以去寻找一下,专利现在是在PCT的状态当中。
提问:如果你加入一个电池或者是一个电机的话,它反应的是局部的信息,如果是在实验里的话肯定是没有问题的,如果是一个比较大的电池,40Ah、60Ah,这种情况下会不会有一些问题?
刘海金:我们在设计的时候也考虑了这些因素,这个电池说是加入了一个电池,其实在电池的结构以及在电池的设计上还是有一些独特的设计的,来保证在内部的电厂不干扰以及准确的测量。
提问:说明一下你参比电池里的工作定位。
刘海金:这张图我是想把所有的图整合在一起,两个蓝色的,正极和负极是工作的正极对于参比电极的定位。绿色的是参比电极对金属锂的定位,这里的参比电极其实是碳酸锂。