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由日產(chǎn)Leaf的零事故率到新能源汽車最重要的關(guān)鍵點(diǎn)
日期:2019-07-16   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_liuxiaoyu 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
編者按:日產(chǎn)leaf推出九年來全球零事故,這一榮譽(yù)被傳頌的似乎無與倫比長了。這一現(xiàn)象表明了現(xiàn)今客戶最關(guān)注新能源汽車的點(diǎn)就是安全,安全已經(jīng)成了市場競爭的一大助力。在將來的新能源市場上,誰更安全,誰就能贏得客戶。


被當(dāng)做標(biāo)本被反復(fù)提及,這與日產(chǎn)Leaf推出9年來在全球打造的零安全事故記錄密不可分。

“電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化”的疊加融合、相互賦能,推動著汽車產(chǎn)業(yè)迎來百年未有的大變革。

在這場變革中,電動化是第一步。就在剛結(jié)束的2019世界新能源汽車大會上,全球汽車產(chǎn)業(yè)主要相關(guān)方達(dá)成了博鰲共識:力爭到2035年全球新能源汽車的市場份額達(dá)到50%,全球汽車產(chǎn)業(yè)基本實(shí)現(xiàn)電動化轉(zhuǎn)型。

要實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo),從動力電池的角度來看,信心與挑戰(zhàn)共存,一方面,包括能量密度、壽命、快充、低溫等核心性能指標(biāo)正在被逐個(gè)攻破,足以支撐起電動車性能超越傳統(tǒng)車。

但硬幣的另一面是,頻繁發(fā)生的電動汽車安全事故,已經(jīng)成為電動汽車走向市場化的“阿克琉斯之踵”,2019年以來,包括蔚來、特斯拉等明星車企頻繁發(fā)生的電動汽車安全事故引發(fā)了消費(fèi)者的恐慌與擔(dān)憂。

“安全事故已經(jīng)成為當(dāng)前新能源汽車發(fā)展的致命隱患,必須盡快解決。”

中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)歐陽明高教授表示,長期來看,安全既是影響電動汽車可持續(xù)發(fā)展的生命線,也是市場競爭和品牌塑造的一個(gè)主旋律。新一代電動汽車不是靠動力性,而是要靠安全性。誰安全可靠,讓用戶放心,誰將來才能贏得客戶。


圖片來源:歐陽明高演講PPT

他山之石,可以攻玉。在2019世界新能源汽車大會上,包括歐陽明高、寧德時(shí)代董事長曾毓群等在內(nèi)的多位學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界領(lǐng)袖都提將日產(chǎn)Leaf車型作為電動汽車安全的典型案例被多次提及,并呼吁產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)學(xué)習(xí)借鑒其在安全設(shè)計(jì)和防范上的經(jīng)驗(yàn)。

被當(dāng)做標(biāo)本被反復(fù)提及,這與日產(chǎn)Leaf推出9年來在全球打造的零安全事故記錄密不可分。

日產(chǎn)汽車副社長坂本秀行在大會上介紹,截至目前,日產(chǎn)Leaf全世界賣了41.5萬臺,單臺車有288個(gè)電芯,單車裝載電量60kWh,加在一起超過8000萬個(gè)電芯,目前保持了零事故的記錄。

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圖片來源:坂本秀行演講PPT

電動汽車領(lǐng)域資深從業(yè)者朱玉龍也證實(shí)了坂本秀行的介紹,他曾專門檢索統(tǒng)計(jì)過日產(chǎn)Leaf的安全事故,在公開的檢索中的三起事故中,主要都是外部因素(地震、山火、充電樁起火)引發(fā),但即便是在如此劇烈的外部環(huán)境下,其動力電池系統(tǒng)都沒有出現(xiàn)燃燒起火。

零事故背后,是日產(chǎn)及其動力電池供應(yīng)商對于在安全上的出色把控。

坂本秀行坦言,日產(chǎn)在經(jīng)過了長時(shí)間的電池研究之后發(fā)現(xiàn),實(shí)現(xiàn)電池能量密度的提升其實(shí)并沒有那么難,難點(diǎn)在于保障電池的安全性,這也是日產(chǎn)開發(fā)電動汽車時(shí)最為重視的一點(diǎn)。

2007年,日產(chǎn)汽車與NEC集團(tuán)成立合資公司AESC,主要目的就是結(jié)合電動化的開發(fā)需求,將NEC的電芯技術(shù)以合資的方式快速導(dǎo)入到電動汽車上,而日產(chǎn)Leaf所使用的動力電池,正是 AESC所設(shè)計(jì)和開發(fā)。2019年4年,遠(yuǎn)景集團(tuán)宣布完成收購AESC,并基于AESC原有團(tuán)隊(duì)和體系成立了遠(yuǎn)景AESC。

坂本秀行在大會接受群訪時(shí)也回應(yīng),Leaf上所采用的遠(yuǎn)景AESC電池,除了在構(gòu)造上與其他的電池有顯著差異之外,還擁有在發(fā)生高強(qiáng)度劇烈撞擊時(shí)的自我處理機(jī)制,以及防止劣化方面的特殊設(shè)計(jì)。

高工鋰電獲悉,日產(chǎn)Leaf所使用的電池,其在電芯、模組、BMS、Pack、整車等各個(gè)層級的設(shè)計(jì)中,都針對可能發(fā)生的安全風(fēng)險(xiǎn),做了系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)和防范。

坂本秀行介紹,動力鋰電池安全防范最重要的三點(diǎn)分別是:如何設(shè)計(jì)電池包;如何控制電池本身的散熱;如何設(shè)計(jì)失效管理系統(tǒng)以應(yīng)對突發(fā)狀況。圍繞這三點(diǎn),日產(chǎn)汽車和遠(yuǎn)景AESC共同進(jìn)行了針對性的開發(fā)。

電池包的整體設(shè)計(jì)涵蓋了電芯、模組、pack三個(gè)層級。在電芯環(huán)節(jié),首先是確?;瘜W(xué)穩(wěn)定性,要選擇穩(wěn)定的材料,并通過上千次的各類評估來測試它的穩(wěn)定性,例如過充、振動、熱沖擊、甚至針刺等等。

坂本秀行介紹,從電芯角度看,液態(tài)電解質(zhì)和電池正負(fù)極材料的選擇非常關(guān)鍵。同時(shí),電芯內(nèi)部的短路與隔膜材料的選擇緊密相關(guān),因此,遠(yuǎn)景AESC在電芯內(nèi)部材料上都做了特殊的設(shè)計(jì)。

在模組和Pack環(huán)節(jié),通過結(jié)構(gòu)來保護(hù)電芯免受到?jīng)_擊。這包括了整體外殼ip67保護(hù)設(shè)計(jì)、自然風(fēng)冷散熱系統(tǒng)、分離式充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、利用熱傳導(dǎo)使整個(gè)車身都變成電池散熱體等,同時(shí),其還充分考慮了FMEA,確保設(shè)計(jì)留安全余量。

值得注意的是,在Pack環(huán)節(jié),除了物理上的保護(hù)措施,關(guān)鍵是要通過BMS對電芯模組進(jìn)行故障診斷,監(jiān)測異常發(fā)生,并預(yù)測可能出現(xiàn)的問題,從而通過斷電來阻止問題發(fā)生。

高工鋰電注意到,在BMS環(huán)節(jié)的保護(hù)策略上,Leaf可以說是整個(gè)行業(yè)的先行者,其通過一類/二類/三類故障的定義來對BMS檢測到的故障進(jìn)行分類。整體思路是,從行車的限制、充電的限制和故障顯示三方面來分成四種不同的故障模式。

根據(jù)監(jiān)測到的不同情況,日產(chǎn)Leaf上的BMS會以不同的形式來對電池系統(tǒng)進(jìn)行防護(hù),這包括從動力源頭切斷任何充電和放電的過程,主要響應(yīng)比較高等級的故障;考慮電池的故障在一定范圍內(nèi)之類,限制電機(jī)輸出功率,在充電模式下充電停止(阻止了能量回收);限制電池包的輸入和輸出功率。

基于BMS安全保護(hù)策略而建立的電池包失效安全系統(tǒng)設(shè)計(jì),讓Leaf在使用中明確了電池使用安全邊界,并可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警,從而避免了熱失控發(fā)生,并起到了失效防護(hù)的作用。

根據(jù)歐陽明高團(tuán)隊(duì)對于動力電池?zé)崾Э氐恼T因分析,一是由于機(jī)械變形、擠壓、撕裂,隔膜破裂、極端過熱等各種原因?qū)е碌膬?nèi)短路。這需要從上述系統(tǒng)本身安全性和材料體系的角度,進(jìn)行單體電池?zé)岚踩O(shè)計(jì)。二是過充、快充、老化電池、低溫充電等導(dǎo)致的析鋰,針對后者,則需要通過對于充電算法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

而在充電算法上,日產(chǎn)Leaf同樣做了大量的數(shù)據(jù)積累和實(shí)驗(yàn),歐陽明高就介紹,其團(tuán)隊(duì)和日產(chǎn)在充電的算法上有合作,其充電算法是基于大量數(shù)據(jù)MAP圖進(jìn)行,通過大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐,使充電算法能夠考慮各種各樣的影響因素,這使得其避免了很多熱失控問題。

高工鋰電了解到,日產(chǎn)Leaf的充電安全管理也設(shè)置在BMS系統(tǒng)里,可以在充分理解及大量測試結(jié)果的支持下,定義明確清晰的充電電流電壓邊界,以此管控整個(gè)充電過程,保障充電的安全。

要最終達(dá)到電動汽車的安全,僅靠在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)上的投入還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,還需要在生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)做好把關(guān)。

可供參考的一組數(shù)據(jù)是,國家市場監(jiān)督管理總局介紹,截至2019年5月,國內(nèi)新能源汽車共召回12.3萬輛。其中由于三電系統(tǒng)故障導(dǎo)致的召回占比為50%,在這之中設(shè)計(jì)原因占到40%,生產(chǎn)制造原因占到60%。

產(chǎn)品設(shè)計(jì)得再好,但是要穩(wěn)定、高質(zhì)量生產(chǎn)這又是另一回事,這就要求核心零部件企業(yè)需要有較高的工程能力,這里的工程能力是指生產(chǎn)制造和質(zhì)量體系。

針對作為電動汽車心臟的動力電池的生產(chǎn),高工鋰電向日產(chǎn)Leaf的動力電池供應(yīng)商遠(yuǎn)景AESC做了深入調(diào)研,詳細(xì)了解了其在生產(chǎn)制造和質(zhì)量體系的建立上如何實(shí)現(xiàn)安全把控。

遠(yuǎn)景AESC介紹,除了在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上下功夫之外,在工程能力的積累也是保證日產(chǎn)Leaf零事故的重要原因。

“AESC的安全體現(xiàn)在它的工程能力與質(zhì)量控制能力,因?yàn)槊撎ビ谡噺S,擁有整車多年積累的工程能力,因此,我們一直嚴(yán)格遵循汽車行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn),同時(shí),在滿足汽車行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)的前提下(IATF16949和VDA標(biāo)準(zhǔn)),AESC還針對動力電池設(shè)定了更為嚴(yán)苛的控制體系。”

遠(yuǎn)景AESC負(fù)責(zé)人向高工鋰電介紹,其從項(xiàng)目管理控制,供應(yīng)商控制,來料控制,生產(chǎn)過程控制和客戶和市場端質(zhì)量控制都有著嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)和控制監(jiān)督體系。

而在AESC被遠(yuǎn)景集團(tuán)收購后,同樣將這種嚴(yán)苛的工程及制造標(biāo)準(zhǔn)體系得到延續(xù),依托于此前AESC的日本核心團(tuán)隊(duì),在位于無錫江陰的中國工廠里,其整個(gè)生產(chǎn)制造和質(zhì)量體系也在快速建立。

以生產(chǎn)過程為例,遠(yuǎn)景AESC做到了770多項(xiàng)的質(zhì)量監(jiān)控,每一個(gè)項(xiàng)目都是在一套PDCA循環(huán)中開展的。這意味著每一個(gè)控制項(xiàng)目都有一個(gè)團(tuán)隊(duì)在后面進(jìn)行計(jì)劃執(zhí)行監(jiān)控和控制。


 
圖片來源:遠(yuǎn)景AESC發(fā)布會

 
此外,從電芯到模組再到電池包,遠(yuǎn)景AESC共設(shè)置了45個(gè)萬數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。僅電芯制造層面,每一塊電芯就具備超過2千個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)。海量的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)形成了遠(yuǎn)景AESC獨(dú)有的可追溯管理系統(tǒng),這套系統(tǒng)收集并監(jiān)控大量工藝及電池狀態(tài)參數(shù)。

這些數(shù)據(jù)和其從前端客戶那里收集到的數(shù)據(jù)形成一個(gè)閉環(huán),這樣可以幫助電池設(shè)計(jì)留更精準(zhǔn)的余域,遠(yuǎn)離安全極限狀態(tài),在此基礎(chǔ)上制定更為精準(zhǔn)的BMS控制策略。

在標(biāo)準(zhǔn)化制造上,遠(yuǎn)景AESC于2010年建廠之初就實(shí)現(xiàn)完全標(biāo)準(zhǔn)化運(yùn)營生產(chǎn),在2012年,遠(yuǎn)景AESC將這套技術(shù)和生產(chǎn)流程轉(zhuǎn)移至海外,在美國、英國設(shè)立電池生產(chǎn)基地,保證生產(chǎn)出相同品質(zhì)、相同產(chǎn)品性能的電池產(chǎn)品。

在供應(yīng)商選擇及采購環(huán)節(jié),遠(yuǎn)景AESC也始終將安全和質(zhì)量放到第一位,而沒有一味追求成本,對此,其思路是,過度追求成本可能反倒會帶來巨大的成本投入。

以此次蔚來召回為例,共召回電動汽車4803輛,根據(jù)行業(yè)平均值來算,其單車電池成本可能在8——9萬元,這意味著,僅在動力電池方面的花費(fèi)預(yù)計(jì)在3.84億元以上,再加上其他費(fèi)用,業(yè)內(nèi)保守估計(jì),此次召回整體成本將超過5億元。

而更為巨大的損失是召回帶來的品牌影響,遠(yuǎn)景AESC上述負(fù)責(zé)人坦言,配套日產(chǎn)Leaf8000萬個(gè)電芯零安全事故其實(shí)也是一種品牌價(jià)值,遠(yuǎn)景AESC的愿景之一就是,繼續(xù)延續(xù)在動力電池零安全事故,助力除了Leaf之外的更多品牌電動汽車實(shí)現(xiàn)“極致安全”。

原標(biāo)題:日產(chǎn)Leaf為什么不起火?
 
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來源:高工鋰電
 
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