Video在线视频

所以我依次呢

我就给出了这么一个

提出了这么一个

我认为是电池的起火条件

或者设计准则一个研究

两年前我第一次讲座的时候

是在我们中美清洁汽车项目年会上

我做大会报告提出

就是要告诉他

我们电池以后应该以准则来设计

因为你们之前

都是做电池的人

在做碰撞安全设计

从这之后 改成我们

做汽车碰撞安全

和人体碰撞保护的人来做

咱们去理一下这个思路

首先电池为什么着火

为什么有可能着火

有可能爆炸

他一定是先发生了一定程度的变形

咱们从最简单的开始说

他内部呢一定发生了

一定程度的变化

甭管变形

是因为你外在冲击

把他挤压挤扁了

扎了个坑进去

还是因为电池本身

外部没有变形

你晃了他一下

里边是电解液

里边是这种软的东西

你把他晃坏了 对吧

这是有可能的

我们小孩子的脑袋

你一晃他就晃坏了对吧

所以总而言之是

外部有了变形

或者是外部有了巨大的冲击载荷

像我们说的汽车碰撞波形

加载到电池上

使得电池内部呢发生了破坏

破坏以后发生了短路

我们做过实验

你去把它变形

里边不都是那些

正极材料 负极材料和隔膜吗

正极材料 负极材料

都是很薄的金属材料

铜 铝 很薄的金属材料

中间的隔膜 是很薄的

就像我们厨房里用的那个

plastic wrap

中文叫什么

盘子包起来放到微波炉里去

这个保鲜膜

当然了它的那个隔膜

跟那是一类材料

比那个保鲜膜还要薄很多

为什么呢

他要把材料

卷成很多很多东西

要摞很多 这样呢越小

我们电池有一个能量密度的问题

你如果做的保鲜膜那么厚

那电池更笨重了

所以它里边呢

是这种很薄的铜 很薄的铝

很薄的polymer分层出来的

你如果去挤压他

如果铜破坏了 铝破坏了

或者是保鲜膜

不是保鲜膜

polymer高分子材料的

塑料隔膜破坏了

短路 对吧

他这正极和负极就可能挨上了

就可能短路

或者说你电池里边有很多电路

它的正负极直接挨上了

总而言之

一定是由于变形和冲击

造成了内部的短路

短路以后 就要升热 对吧

放电升热 放电升热

如果你这个热

和这个不能及时的排出去

不能及时

温度就要升高

温度升高

如果超过了周围材料的燃点

任何材料都有个燃点 对吧

那他就着火了

甚至就有可能爆炸了

所以整个思路

整个路子就这么一个路子

说起来很简单

那我们看一下

外界的载荷变形

一直到着火或者是爆炸

他是一个必要条件

但不是充分条件

什么意思呢

就是说如果要着火

那首先 没有这些是不可能着火的

加上你如果不充电

是不可能着火的

所以这些都是产生着火和爆炸的

必要条件

但不是充分条件

就是说我着火

不一定是要有

怎么说呢

就是有了这些变形

不一定一定会着火 对吧

但是要着火了

一定去那找原因去

这就是必要而不充分的条件

那这样的话我就找出了

我的要研究的内容了

说我既然要有研究电池的碰撞保护

那咱们都要研究什么

我就希望找出电池的变形

跟短路的关系

咱不得找规律嘛

找出关系来

我能不能找出电池的变形

当然电池种类很多 五花八门

各种电池

就像我们研究人体是的

那我不能说

我专门研究你的

碰撞受伤准则

我是研究一个平均的人的

碰撞受伤的条件

那我想研究一个平均的电池

或者说典型的电池

就像我刚才图片里说的

那他的那些电池

在典型的碰撞变形下

他跟短路有什么关系

我这个电池

能够承受多大的变形

或者多大的冲击不着火

就我的思路就跟

现在做电池保护就变了

我是说你可以变形

也可以承受一定的冲击

你只要别着火就行了

我想把临界点

或者说这个来找出来

那下边的问题就来

是因为你里边的这些

结构和材料发生了破坏

那里边的这些破坏 或者短路

他肯定跟外包装有关系

你外包装是你是怎么包的

壳体

所以他一定会说到

说电池的单体

什么叫电池的单体

电池的单体就是形成一个正负极回路的

就叫电池单体

电池单体或者再大一点模块

或者甚至你把很多单体放在一块

做成一个组件 这不同层次

甚至到隔膜材料

正负极材料

我这么多尺度

那个隔膜料的尺度 有多小

0.03毫米

从0.03毫米一直到整车

三米长 五米长

这么大的一个几何数量级的

尺度跨度上

他是怎么个影响关系

所以他一定是个多尺度的影响

然后 我估计肯定是跟

电池的核电状态有关系

你想如果电池里

充电量是零 不至于着火吧

所以它一定跟那个核电量是有关系的

是半载 满载还是1/3有关系

所以我就想

能够找出这么一个关系来

就是我这个工程师

作为碰撞安全能解释的外部的变形

或者外部的冲击

跟电池内部的短路

它一定是有关系的

我能不能把这个关系找出来

或者把它说清楚

就非常像我说的

人体的碰撞损伤

人体的碰撞损伤

我允许胸部是可以变形的

我允许头部是可以承受一定的加速度的

只要你加速度

和你胸部的变形

38%也好 44毫米也好

不要给我引起一个损伤

使得我终身残疾就行了

所以这也是

我希望找出这个关系来

那我认为如果我找出这个关系

这个关系就可以成为

一个电池的碰撞安全折价准则

那你的设计准则就清楚了

就是说 我现在电池设计好了

甭管是作为材料还是作为结构

然后给他一个

你指定一个考卷

典型的冲击多少公里每小时碰撞

或者多少加速度的碰撞

在我指定的工况下

在我指定的考卷下

你不要发生短路

或者是着火

这就成为我的条件

那我认为这么一个条件呢

还是比较保守的

但不是特别保守

什么叫比较保守呢

就是说如果我电池的碰撞安全的

设计准则变成了不要发生短路

这蛮保守的

因为其实我的终极目标是不要着火

短路不一定要着火

短路不一定着火 对吧

所以我还是偏保守

我没有一步走到说别着火 对吧

这是一个

但是呢又不是特别保守

不是特别保守跟谁比你

跟现代的准则比

这我们在下一页来看

所以我就希望呢

以后咱们大家就按照

这么一个准则来去研究

这就像我们定人体碰撞损伤一个意思

那我为什么认为

目前的电池碰撞保护装置

设计的目标也好 准则也好

有点保守 是因为他们想的是

他不希望电池部件 组件发生变形

他认为电池是个老虎

在我放到车里

排布在 特斯拉排到一个底板

或者Volt怎么排

希望在我指定的碰撞载荷下

你最好别变形

它就把电池的变形

跟危险划了等号了

这样的话

它等于在我这里边

它就退了一步

我是在研究变形跟短路的关系

他说你变形都别发生 对吧

他比我要更保守

那我认为他太保守了

他这么着一个设计目标

有使得为我们的汽车的轻量化

设置了一个很大的障碍

我们会付出很重的

重量方面的代价

比如我举个例子

因为我们熟悉碰撞安全嘛

我们就拿碰撞安全举例

我们去调查一下说

典型的一个小型电动车里边

他的电池的组件箱

大概是200公斤 蛮重的

这200公斤里边

你去称一称它实际的电池单体

它比如说有六千个电池也好

或者说它有30个pouch也好

那电池的单体只占150公斤

剩下50公斤都是那个电池箱啦

那些保护装置

那我就要问了

你150公斤的电池单体

本身已经自带了包装了

我还要再扔进去50公斤的 汽车结构

对你实施保护

是不有点过分了

你觉得过分嘛

我说我们是做碰撞安全的

咱们从车里找几个例子

保险杠

有一次我去北汽

那个在机场三号航站楼

非常高大上的 新的楼

它外面有一个展览

接待人说

看看 周教授看看这个保险杠

轻量化

你保险杠称一称

我说这个很轻

上边那个果然写着多少公斤

所以一个保险杠

主梁结构

不带着泡沫什么

大概就五公斤到八公斤

钢的呀 铝的呀或者什么

如果我们在加上

保险杠这根梁

后面的两根前纵梁

这是我们做碰撞安全

大概这三个部件

是最关键的部件了

那个前纵梁

加起来30公斤有吗

可能所有这三根梁加起来

30公斤 40公斤

好 我用30公斤 40公斤的结构

我干了多少事情

汽车的正面碰撞

偏执碰撞 人体保护

然后支撑发动机

整个的扭转刚度

我干了这么多事情

你电池箱

我觉得贡献太小了

所以我认为你是超重了

你过于保守了

所以我就说

建议将来的电动车

或者电池的碰撞保护的设计目标

改为不起火就行了

就像特斯拉说的

人家还过分呢

我们车是起火了

我们没伤人呢 对吧

他那个比我这个

还要再更接近 现实一点

所以我们希望改成不起火

那我们知道不起火呢

我是希望能够降低它内部的短路

我如果能降低它内部短路的风险

我就能做到不起火

那所以就是我前面说了

我如果能够把我的外在的冲击

和外部的变形

跟它的短路

或者什么建立起一个关系

我很费劲的用若干博士论文

硕士论文还有各种经费支撑

去找关系

找出来以后

将来就可以作为我们的设计准则

来实现汽车的轻量化 对吧

那我就要把我的比较熟悉的扔出来了

我认为这是合适的

也是可实现的

因为我提的设计准则

一点都不比我们人体的碰撞损伤的

保护的 目前的目标要危险

我们人体的碰撞保护的目标

在任何中国法规

欧洲法规 美国法规里

定的目标都是不发生严重的

不可恢复的损伤

但是允许你断了三根肋骨

或者发生了轻微脑震荡

只要你休息了两周 三周 四个月

能够完好无损的上班生活

这就是我们碰撞安全里边

定的AIIS3那一级

50公里每小时碰撞

中国的法规

假人什么什么读数小于多少

什么什么读数小于多少

这些都是按照这个来定的

如果我把各国的碰撞安全法规定成说

50公里每小时碰撞

或者56公里每小时碰撞

指定的工况

然后所有的HIC值 胸部压缩量

都要再小于

要定到AIIS1这个层次

颈部的挥鞭伤这个层次

我这个车还是能设计的

但这个车第一要重很多

成本要高很多

所以这是要考虑

我大概在碰撞损伤那一节讲了

考虑经济性

因为汽车是一个便宜的

大众的消费品

在我考虑经济性的情况下

我是允许人力体受损伤的

我连在碰撞下

我连人体都允许受伤

我干嘛不允许电池受伤呢

我电池只要不着火就行了

这就是我觉得

大家会同意我提的偏保守

但不是特别保守的准则

那下一个问题就问

能不能做到这一点

答案肯定是能做到的了

虽然我今天还没做到

但是我们有这个信息能做到

我举一个例子

石油或者是咱们车大部分的

现在都在用汽油或者柴油

你去看（20世纪）50年代 60年代

设计的车

一撞着火的几率

油箱破损着火的几率非常大

这是50年前设计的车

然后大概在1970年代

具体年代我忘了

是70年代还是80年代

美国出台了301法规

这301法规就规定说

在高速尾撞下

因为油箱在后面嘛

在高速尾撞下

效果防止燃油的泄露

有了这么一个法规

又过了三十年

用不了三十年 十几年

你就看看今天路上跑的车

汽油还是那箱汽油

他的燃点 燃烧性

一点都没比50年前更温柔

但是我的车速也没有比50年前更低

我的结构也没有比五十年前更重

但是我就能做到

油箱在这

尾撞 80公里/小时尾撞

指定的工况 指定的考卷

我能做到不漏油

所以今天的车比五十年前的车

在油箱泄露和着火的工况

这个风险低很多很多

就是因为法规和过去这

法规之后 这二十年的努力

那把这事说清楚了

我们的信心就有了

所以未来的电池碰撞保护

我一定能做到

我用不了50公斤的重量

我一定能做到

在你指定的碰撞工况下

电池不起火

我不是说绝对不起火了

就跟我说

不是说绝对人不受伤

不撞死人一样

就是在给一个工况下

所以这件事是能实现的

只不过我们才做了两三年

我们再做个十年的话

应该就能实现这件事

再有若干个博士毕业了

就能实现这件事儿