三星SDI的安全技术发展方向 8月21日，2016 | 郑州 ∙ 河南 中国 郑世雄 博士 总经理&副社长 汽车及储能电池事业部| 三星 SDI [中国电动汽车百人会] 目录 锂离子电池业务 1 技术创新 2 安全特征及措施 3 - 1 / 12 - 我们的使命 作为创新能源及材料解决方案的领导者 我们的使命是通过电池技术为我们生活带来革新 - 2 / 12 - 锂离子电池业务 1 无人机 储能系统(ESS) 手机及 平板电脑 移动电源 相机 笔记本电脑 电动轮椅 智能鞋 只能手表 智能眼镜 电动工具 便捷式家用电器 家庭用储能 电动汽车 电动自行车 创新能源及材料解决方案的领导者 BoT (Battery of Things) 我们的历史 锂离子电池业务 1 在锂离子电池技术与市场上立志成为最佳 三星SDI 从2010年开始成为全球第一 - 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400200120022003200420052006200720082009201020112012201320142015世界第一个 550Wh/L * Source: Samsung SDI Marketing, B3; The world’s best and first products at the completion of development 世界第一个 435Wh/L 世界第一个 2.8Ah, 3.0Ah 4% 6% 7% 8% 11% 12% 13% 15% 18% 20% 24% 26% 26% 27% 25% 从2010开始成为世界第一 并之后一直保持第一 Fiat 500e EV BMW i3 EV BMW i8 PHEV 全球最优秀的 EV 94Ah 全球最优秀的 EV 60Ah 全球最优秀的 PHEV 28Ah 世界第一个 2.6Ah [ 三星SDI 锂离子电池销量及市场占有率 ] (百万只, %) 单体销售（百万只) - 4 / 12 - 协同研发机构 技术革新 2 三星集团协同性的研发结构不但可以提升现有的产品性能， 同时通过开发颠覆性的技术，超越极限 长期的, 基础研究 短期的, 渐进改善 * SAIT: 三星综合技术研究院 前沿研究及开放的合作模式实现技术创新 下一代材料，产品及技术平台 产品商业化 [ 三星协同研发结构] - 5 / 12 - 汽车动力电池策略 技术革新 2 引领高能量比密度 安全和可靠性第一 通过标准化提高效率 专注质量体系 三星 SDI 汽车用动力电池技术方向 - 6 / 12 - 引领高能量密度 技术革新 2 三星SDI通过探求潜在的新一代材料，正在开发新一代电芯 可满足800Km续航里程要求 三星 SDI 研发团队 三星材料研发 SAIT + 开放式创新 SAIT + 开放式创新 锂电池 锂离子电池 * 续航里程是基于2995kg整备质量 的SUV (~400L 电池包体积) **续航里程是基于1270kg整备质量 的B级车(~220L 电池包体积） SUV纯电动续航* 能量密度 轿车纯电动续航** 现有技术 高容量锂离子材料 锂金属 锂空气电池 ~350Wh/kg 350Wh/kg+ ~300Wh/kg ~250Wh/kg 500km 600km 700km 800km 300km 370km 430km 500km 电池系统安全策略 极端情景 引发火灾 扩散 车辆烧毁 内部短路 过充 外部短路 电池温度过高 单体内异物 控制器故障 高温暴露 - 电池包漏电 - 电机/逆变器短路 温度升高/ 热失控 温度↑ / 热失控及热扩散 Crush 车辆碰撞 -即使在极端情景下，电池的设计仍然需要包含 适当的安全性，以便 - 它可以防止电池热失控 - 延迟热扩散的速度，以确保有足够的时间来逃生 安全特征及措施 3 保护1：预防或限制事故的发生 保护2：预防或延迟热扩散，以确保有足够的 时间进行逃生 安全设备的定位 安全特征及措施 3 泄气阀(Vent) 过充保护装置(OSD) 保险丝 陶瓷隔膜 高强度外壳(CAN) 切断短路的电路 高耐热/高强度 材料和结构 隔热/绝缘 排气结构 切断短路的 保险丝 高强度材料与结构 [ SDI电池的安全性技术 – 材料/单体与模组/电池包 ] 材料/电芯 模组/电池包 模组监控 (电压/温度) 热扩散技术 要控制热扩散，最重要的是 -最大限度地减少由动力学和热力学领域所组成的热量发生率 -将热量传递最小化到相邻的单位 正/负极接触 热的产生 热的增量 (短路区域蔓延) 反应热 燃烧热 安全特征及措施 3 扩散 动力学领域 热力学领域 …… 速率控制 吸热隔离膜 停止加固隔离膜 全陶瓷隔离膜 灭火材料 热吸收层 优化间隙 热量控制 低气体负极材料 低热量正极材料 固体聚合物电解质 热扩散控制 单体 #1 单体 #2 核心技术 <热扩散模拟流程图> 1.模拟技术 peneseiSSSS:放热化学反应产生的热量 (ARC, DSC data) STktTCp)(Change of Energy Heat Transfer Heat Generation 安全特征及措施 3 2. 保证BMS对电池安全的监控 故障案例的安全处理策略 - 基于电芯积累的经验 安全系统的设计符合 ISO26262 - 足够的多重设计与诊断算法是为了确保安全运行 故障案例 短路 过充 过放 超温 ARC : Accelerating Rate Calorimetry DSC : Differential Scanning Calorimetry
