刘彦初：弗迪电池混动应用技术发展方向

2021年6月22日-23日，由盖世汽车主办的“2021中国下一代汽车高质量发展论坛•新能源汽车三电先进技术•”在南京隆重召开。本次会议持续两天，围绕新能源三电中长期技术发展趋势、政策、标准、上下游供应链、成本、材料体系、电池结构技术、热管理、安全技术、电机电控关键技术、智能制造等行业焦点话题展开。会议期间，比亚迪弗迪电池上海开发中心电池技术经理刘彦初发表了“弗迪电池混动应用技术发展方向”的主题演讲。

以下为演讲实录：

大家好！感谢主办方的邀请。

跟大家分享弗迪电池未来关于混动方向应用的技术发展方向。

报告分三部分：

一、公司简介

弗迪电池是比亚迪集团下面全资子公司，从比亚迪成立开始，以电池起家的，弗迪电池1995年开始做电池一直到现在，从1995年到现在有镍氢镍镉电池、锂离子电池、锂铁、三元，一直到现在，从原来做电池，往前延伸做材料，后面做PACK整车相关的东西，弗迪电池是非常全面的子公司。

公司分4个事业部，目前员工4万多名，在全国有14个基地。

在发展过程中持续投入，每年坚持拿出7%用于研发投入；目前有4000多名研发工程师，其中现有150多名博士，750名硕士。在近一二十年发展历程中，大概累积5000多项专利，截止到去年底，有1.3万多个测试通道。电池如何表征？我们有各式各样的测试能力，一个电池从原材料、半成品到成品，到模组、PACK，都需要很多测试，这些测试累积起来会发现需要大量的测试资源，不仅仅有1万多个通道，并且跟国内主流测试机构长期合作，我们保有量非常大。

动力电池是全产业链布局，从上游资源，有一些矿与别人合作，到材料研发制造，有自己的一些工厂，工厂也开发隔膜、材料，包括磷酸铁锂，但同样以开放的心态与很多主流材料厂密切合作，我们自己的资源只能提供一部分产能。

工艺研发制造，我们有一个制作工厂，专门做装配、各线制造，但也跟各种设备厂商合作一起做工艺开发。

还有专门研发制造，电芯制造、PACK制造、BMS研发制造工厂等。

开发过程中，从材料、半成品、电池层级的开发，都会遇到各式各样的检测、评测以及实验，有五个模块专门做这些工作：

·电池开发中心，现有3个开发中心，一直做相关研究。

·材料&机理研究，在开发中心层级下面，还有并行的开发机构也在做。

·原材料开发中心，也是我们的主营业务，有配套供应商跟我们一起做，我们自己专门成立了研发团队，比如材料厂、原材料开发中心。

·中央研究院，做基础评测和研究专业的研究。

·仿真中心，有做力、热、场、机械的各种仿真，还有自动化控制仿真。

有稳定的产能供应，截止到现在为止每年都会有一些新的工厂提供新的产能贡献，有青海、西安、重庆、蚌埠、惠州、深圳等很多生产基地，新的基地，如贵阳、长沙正在建造，长沙已经形成刀片电池产能。

有两个成型的开发中心：深圳开发中心目前正在筹备中，已有100多名研发工程师，重庆开发中心会成为电池研究院研发基地。

比亚迪从成立到现在，有自己的整车厂，有至少18年的电池开发经验，从2003年开始做电动车，有18年的与主机厂合作经验。里程最长的一辆电动车已经跑了100万公里以上。在深圳投放的E6出租车，大巴车卖到世界各地，我们有多工况、多领域的合作经验。

开发过程中有一个主题，即如何保证新能源车的安全。

从四个层级、五个方面来提升我们的安全：

四个层级，即电芯、电池包、模组、系统。

五个方面，即电安全、热安全、机械安全、环境可靠性（大家在不同温场情况下，也有触发安全的风险）、气体可燃性。从不同层级来考量电池和电池包的安全。

电池失效包括内部短路、外部短路，以及过充、碰撞、高压等。重点提一下连接，在电池层级时效，电连接和密封是两个安全层级当中最常见的，也是最难做的两个时效。

混动的广泛定义：启停、微混、轻混、中混、重混、插电式。这几种模式各个厂商应用方向不一样，但无外乎都是这几个方面，从功能到应用方向，基本混动放这几大类。

从功率、寿命、节油、重量、成本五大产品把产品做了划分，有PHEV、HEV，48V、12V，这四个产品应用方向对应的循环要求不一样，重量能量密度、成本方向也不太一样。

二、弗迪PHEV开发进展

PHEV是我们做得最早的，从2002年开始做材料的研发；2003年开始做三元材料的技术研发；从2005年第一款F60开始做出来产品并应用；到2008年第一辆插电式混合动力车上市；2013年DM二代，由上海开发中心主导的插混开始应用；2016年是第三代插混；2021年第四代插混，与之前不同的是，把它做了一个分类，DM-i和DMP，DM-i混动技术目前正在工厂加紧赶量，能把混动车能耗降到比燃油车低20%左右的水平。

·刀片电池

我们去年上市一款纯电动车型--汉，是纯电刀片，下面讲的是混动刀片，纯电动和混动刀片有一些相似之处，也有差异。纯电刀片更多是单电芯模式，混动刀片是高电压模式。可能大家都做了将近1m的状态，但是我们混动刀片有高电压，几节串联的状态，刀片做出来就是小模组的状态，不需要再单独做模组的堆叠、连接这一系列动作。

我们基于刀片提出了7个理念：超级功率、成本、安全、低温、寿命、续航、强度。

1.超级成本。

为什么说刀片成本尽可能最优化？因为它实现了从做刀片直接转化成模组快速简单的工序，也就是说做成模组之后，直接形成类似C2P的概念，很多零部件就可以取消、减少。所以零部件减少40%，成本有非常明显下降。

2.超级安全。

首先选择的是磷酸铁锂，磷酸铁锂和三元是本增安全，磷酸铁锂安全：

一是触发点非常高，400~500度，三元随着镍状态的提升，触发温度有波动，基本上都是在180度左右开始有触发，反应温度低时很容易形成连锁反应。

二是三元材料是连续性的，可以自己产氧，自给自足，一旦把我触发、点燃，不需要外界空气，也不需要提供更多的热量，自己触发，磷酸铁锂材料不会这样，反应非常晚，整体温度达到400~500度的温度，至少要有起火之类的才行，另外不连续，产生的能量比较低，同样1g材料，三元是磷酸铁锂的几十倍，磷酸铁锂产生热量和三元产生热量不是一个等级。所以从材料方面，选择的是磷酸铁锂的基本路线。

用产品来说明为什么更安全？

左图，产品。做针刺实验，看产热温度与电压相关性发现：

产热非常少；不会发生着火、爆炸类似热失控现象；系统层级，包体安全，我们会做一个热失控安全，发现包体做针刺，阀打开之后只是冒一定的烟，15分钟之后整个温度就会下降非常快了，所以在包体安全表现非常明显。

3.超级强度。

我们做了几块仿真，最常用强度是做挤压，用100千牛的力对托盘、电池包进行挤压，挤压过程中发现挤到一定程度整体变形非常小，这是电池包的特性，做到了对电池和电池包的保护。

4.超级功率。

不是一定在短时间内提的功率特别高，插混电动车应用方向已经做到了有将近20度电，整车对它的需求功率可能也就是100来千瓦，也就是说它从转化倍率上，插混方向不需要搞几十C的概念，十几C就够了。所以超级功率就要转化为两个模块：一是能够在不同SOC下把功率放出来，不要影响整车在馈电或满电状态下使用体验的差异；二是要保证在不同温度下功率的改善。

怎么保证有快充功能？电池、电池包或车停着充电，我需要办事，30分钟就充到基本接近满电状态。

5.超级低温。

一般都是基于电池包整体来评测的低温性能，为什么这么说？因为磷酸铁锂本身特性，在低温下确实很难放出来电量，但是在电芯设计方面进行研究，通过电化解析的提升、材料的优化，通过电解液的改善，让它在低温下能力得到提升；电池包开发自加热技术，让电池自身快速充放电，通过电池自身阻抗快速产热。也就是说电池的温度可能在5度甚至更高水平，短期内提高到这个水平，基于外界-10度的环境，电芯展现5度甚至5度以上的性能，对消费者体验来说非常好，对-10度的期待变成了5度正常使用效果。这也是低温的特性。

6.超级寿命。

三元和锂铁从材料层级来说，锂铁更稳定，三元存在结构不稳定性，随着循环的增加，三元跟锂铁最大的差异，锂铁是越到后面反应是越频繁。

7.超级续航。

市场是根据政策的指挥棒来做的，政策就是50公里给予什么样的补贴，80公里给予什么样的补贴，有一个推动性。但是我们对这个市场做了进一步细分，做了50公里版本、100公里版本、120公里版本、200公里版本，消费者对你使用期间有明确的认知，比如常用的纯电里程120公里就够了，可以选120，如果来重庆或去哪儿，正常上下班来回里程更长，可以选择200公里的版本。还有一些人每天上下班里程30公里就够了，但不想每天找充电桩，一天也就150公里，就买200公里，保证使用的是纯电的应用状态。

三、弗迪xHEV开发进展

把xHEV分三大模块：HEV，是高压，日韩主要走HEV的路线；低压，主要用辅助动力，能量回收，辅助做一些能量释放；12V，这个市场蛮大的，后面要进一步整车无铅化，尤其欧洲对12V、48V市场需求非常旺盛，我们现在也拿到了很多客户。

·HEV&48V发展历程

目前已经开发出了四代技术，并且在跟国际上非常知名厂商合作，已经走到量产阶段，还有美国的也已经在合作，国内一些客户都在批量生产阶段。五代技术目前正在开发中。

12V，是基于公司战略开发的，为什么说基于公司战略？我们公司是基于整车无铅化做的12V开发战略，从DM2.0开始，混动全部采用的是12V的电池，部分纯电车也采用12V的电池。

·xHEV典型客户需求

超高功率，PHEV可能是，xHEV50c、60c，甚至更高，还有超级低温，要求在低温下，-30度要求10c以上，但是短期的。

超长寿命，30~80区间内，2万次以上，个别要求到4万次循环寿命，这是HEV的特征。

可靠性和安全

目前我们走风冷和液冷两个路线，体系也是三元和锂铁都在做，三元已经实现量产，正在稳定供货，锂铁还在产品开发中，已经有很多意向客户在跟我们一起合作开发锂铁的HEV。

48V，因为有模组放置位置，分成P0、P2等各个位置的差异，我们主要方向做P0和P2两块。P0主要用三元体系做被动冷却，大概0.483千瓦时，P2已经走到了递样生产阶段，从48V整个市场来说，国外更多是走PR，国内更多走P0。

12V，是基于我们公司战略来做的，但是回头突然发现他又跟国内和国际需求不谋而合，为什么这么说？最早做12V产品时，要求这个产品具有很多功能，要冷启动功能，要把2.0T的发动机全部能起得来，还要做一些辅助，比如做转相电流输入。

做了这个功能之后，对启动电池成本确实控制非常难，因为需要的功能太多，要兼顾硬环境的高温特性，要监督使用电芯中的低温特性，这样就第一要求我们做产品体系时要求特别高，但应用端的改善，用BSC，把这些功能取代了，不需要电池做低温冷启动，就可以一是把容量降下来，二是把性能做一些改善，不需要高低温性能都非常极端，只需要保留你一部分的性能。所以我们做了一个成本的优化和性能的改善，所以从5安时一直到25安时，包括我们现在还跟一些主机厂谈，他们也考虑10安时以下的方案。

xHEV特点：

超级功率，60c，2s做到120c。

超级低温，在低温下-40度，有5c放电能力。

超级寿命，大概能做到之3-4万次区间。

超级安全，做到材料安全、化学安全，安全规格书，有几十项关于安全的定义，全球基本上最完整的安全定义。极端安全，保证电池在热扩散层级不会冒烟、起火。

今天分享就到这里，谢谢！

（注：本文根据现场速记整理，未经演讲嘉宾审阅，仅作为参考资料，请勿转载！）