國家863電動車重大專項動力電池測試中心主任王子冬曾就動力電池能力密度問題表示，電池能量密度不是單純指電芯級別的能量密度，而應該是電池組級別的，是系統(tǒng)的能量密度，相關標準也已經(jīng)提高到系統(tǒng)層面。那么該如何提升動力電池系統(tǒng)能量密度？又如何防范能量密度提升后面臨的安全風險呢？

　　動力電池提升能量密度的三大路徑

　　一、提升輕量化水平間接提高動力電池能量密度

　　以前新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)多采用鋼材料制作電動汽車動力電池托盤，現(xiàn)在很多企業(yè)都在以鋁合金材料為主。鋁合金的密度為2.7 g/c m3，無論在壓縮還是焊接等方面，鋁合金材質都已非常優(yōu)秀。而鎂合金的密度為1.8 g/ c m3，碳纖維是1.5 g/ c m3，這些材料用來生產(chǎn)電池托盤，將可以極大地提高新能源整車的輕量化水平。王子冬認為，輕量化技術仍在不斷發(fā)展中，未來也將有更多輕量化材料問世。他表示，不僅應研究電池托盤材質的輕量化，從動力電池單體到系統(tǒng)，都要考慮材質的輕量化問題，這樣才能最大限度地提高動力電池的能量密度。

　　輕量化需要減輕配件重量，但不能降低配件的強度，因此材料的堅固性需要考慮。另外，采用更輕的材料，將會面臨成本上漲的問題。因此在動力電池成本還未大規(guī)模下降的情況下，實現(xiàn)整車輕量化的當務之急是研發(fā)出更可靠、經(jīng)濟的輕量化材料。2016年，沃爾沃表示，如果將目前的電動汽車電池全部更換成新型輕量化材料，可以降低車重超15%，而且材料成本更低也更為環(huán)保。

　　二、糾結鐵鋰還是三元不如布局硅碳負極

　　作為國內兩大主流技術路線，近些年磷酸鐵鋰和三元材料的能量密度都有所提升。由于三元的能量密度更高，而補貼政策又更傾向于高能量密度產(chǎn)品，因此各大電池企業(yè)都將三元電池作為公司下一代產(chǎn)品的主力。但比亞迪股份有限公司總經(jīng)理沈晞認為，雖然三元和鐵鋰兩者在單體能量密度方面相差較大，但在成組后的系統(tǒng)能量密度方面相差無幾，在成本和電池儲存難度上也無較大差異。所以沈晞建議企業(yè)在提升動力電池能量密度的規(guī)劃上，可以考慮從動力電池負極材料入手，在量產(chǎn)產(chǎn)品中應用硅材料（如氧化亞硅負極材料等），從而提升電池組的整體能量密度。

　　三、更改電池尺寸提升系統(tǒng)能量密度

　　更改電池尺寸依然是提升電池能量密度的有效方式。雖然特斯拉選擇18650技術路線成功吸引了國內眾多動力電池企業(yè)的追隨，但由于18650電芯單顆容量小，普遍在2-4Ah左右，串并聯(lián)數(shù)量太多，單體失效風險概率較大，導致其在主流新能源乘用車和客車領域的應用受到一定限制。2017年，率先使用18650電池的特斯拉將目光轉向了21700電池并已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)。據(jù)特斯拉CEO馬斯克介紹，當使用21700電池的Model 3汽車上市之后，將會重新審核是否選用21700電池制造Model S和Model X型號汽車。一旦審核通過，21700電池很有可能全面替代特斯拉汽車上的18650電池。據(jù)了解，特斯拉采用21700電池后，由于同等能量下，所需電池的數(shù)量減少約1/3，這將帶來整個Pack內部金屬連接件數(shù)量的減少，從而進一步降低電池Pack的重量，整車的能量密度將得到部分提升。而這種方式也為國內18650電池企業(yè)在提升能量密度和降成本方面提供了參考。據(jù)了解，目前國內18650電池企業(yè)基本上都對特斯拉的方式表示認可，并且也在進行相關布局。

　　同樣，對于軟包和方型電池而言，改變尺寸也可以從一定程度上提升系統(tǒng)能量密度。

　　防范動力電池能力密度提升后的風險及技術實踐

　　針對動力電池的熱失控風險，目前已經(jīng)有成熟的探測預警技術——“鋰離子電池熱失控模型”，可以在極早期階段、根據(jù)極細微的表現(xiàn)征兆進行監(jiān)測預警，發(fā)現(xiàn)熱失控的危險進行防范處理。

　　“鋰離子電池熱失控模型”為橫向、縱向、垂向三維，縱向為多傳感器的數(shù)據(jù)冗合，即對多組同環(huán)境下的傳感器數(shù)據(jù)進行多次擬合，模擬不同材料、不同環(huán)境的數(shù)據(jù)表征曲線，可靠準確的判斷火情階段；橫向為對傳感器的歷史數(shù)據(jù)進行連續(xù)時間算法，排除噪聲干擾，有效解決了傳統(tǒng)的閾值法監(jiān)測方式的漏報、誤報、預警滯后問題，實現(xiàn)早期可靠預警；垂向采用穿刺、鈍針積壓等不同方法模擬不同類型不同容量動力電池熱失控過程。

　　通過三維融合，用數(shù)學手段，以大量實驗及真實運行數(shù)據(jù)為基礎，歸納熱失控導致的各種變量之間的內在關系，采用神經(jīng)學原理，形成極早期、高可靠、自運行的“鋰離子電池熱失控模型”，實現(xiàn)電池火災隱患的早期預警和智能控制。

　　大量實車運行中發(fā)生的預警實例證明了此模型的有效性和先進性。

　　實例一

　　2017年3月12日，**公交公司3路純電動公交3號電池箱報2級預警（安全隱患等級），駕駛員及時上報公司，并停止運行。采集數(shù)據(jù)分析，其他箱體電池氣體含量和變化率正常，3號電池箱氣體含量和變化率明顯高出。判定為電池危險氣體超標，可能為電池漏液導致。后經(jīng)公交公司、車企、電池企業(yè)協(xié)同努力，拆箱檢查，證實為電池漏液。更換電池，不再報警。

　　實例二

　　2017年3月16日，**交運公司某純電動公交4號電池箱報2級預警，駕駛員描述，第一次2級預警16年12月份，拆箱后報警消失；第二次預警17年2月份，拆箱后報警消失。本次是第三次預警。交運公司高度重視，協(xié)調報警系統(tǒng)廠家、電池企業(yè)、車企協(xié)同判定，經(jīng)采集數(shù)據(jù)分析，該4號箱數(shù)值及趨勢與其它箱體完全偏離，結合以往報警及消失現(xiàn)象，初步判定為電解液漏液。 拆箱檢查，證實為某只單體電池安全閥不明原因受損，電解液泄露。

　　用膠帶封住此安全閥門，2分鐘后打開膠布瞬間聞見電解液味道。打開電池箱后，又再次連接02設備讀數(shù)據(jù)，再沒有達到報警值。重現(xiàn)前兩次報警取消的過程（左圖）。更換電池后，不再報警。

　　實例三

　　2017年3月19日，**公交公司某純電動公交報7號箱2級預警，駕駛員及時上報公司，并停止運行。數(shù)據(jù)分析判定為電池危險氣體超標，可能為電池漏液導致。后經(jīng)車企、電池企業(yè)協(xié)同努力，拆箱檢查，證實為電池漏液。更換電池后，不再報警。

　　實例四

　　2017年3月20日，**交運集團縣城公交某純電動公交報3號箱2級預警，駕駛員及時上報并停止運行。數(shù)據(jù)分析判定為電池危險氣體超標，可能為電池漏液導致。后經(jīng)拆箱檢查，證實為兩支電芯發(fā)生不明原因泄露。

　　通過以上實例可以看出，創(chuàng)新技術“鋰離子電池熱失控模型”有效地解決了動力電池包熱失控監(jiān)測的難題，產(chǎn)品采用分布式探測，可以成功準確地在熱失控發(fā)生的極早期，表現(xiàn)征兆極細微的情況下，準確進行預警。同時采用分布式非儲壓滅火裝置，無壓力容器和管路，有效期內法定免維護。

　　據(jù)介紹，采用創(chuàng)新技術“鋰離子電池熱失控模型”研制的創(chuàng)為電池箱專用自動滅火裝置產(chǎn)品分為四種工作模式，根據(jù)車輛狀態(tài)會自動進入不同級別的低功耗模式，確保裝置受控，實現(xiàn)了對電池箱的24小時無間斷監(jiān)控。

　　如今，電池箱安全監(jiān)測技術正在逐步走向成熟：系統(tǒng)通過中國汽車技術研究中心性能試驗，（包含耐壓、欠壓、電源反接、氣候環(huán)境、機械震動、化學環(huán)境、電池兼容）和公安部天消所試驗中心功能檢測試驗；系統(tǒng)具備深度自檢功能，準確判斷自身健康狀態(tài)，滅火裝置雙啟動模式，確保裝置可靠啟動。

　　技術成熟帶來的是規(guī)?；瘧茫?CW1160系列電池箱專用自動滅火裝置，至今已使用于宇通、中通、長江汽車等二十幾家主機廠生產(chǎn)的上萬輛新能源汽車上，被CATL、中航鋰電、普萊德等近二十家電池廠標配或選裝。產(chǎn)品至今已預警運行中的新能源汽車漏液等多次熱失控事故，極大地提高了車輛的安全性，保障了乘客和車輛安全，受到了運管部門和公交公司的贊譽和好評。