2022CHPB-5 现场照片十张（左右滑动查看更多精彩）
2022年11月23日-25日，由中国化学与物理电源行业协会、中国电子科技集团公司第十八研究所共同主办，先进电池材料/北京中联毅晖国际会展有限公司承办的《第五届先进高功率电池国际研讨会The 5th International Conference on Advanced High Power Battery》（2022 CHPB-5）在苏州顺利召开。本届大会得到了中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的特别支持，并由无锡先导智能装备股份有限公司冠名赞助及蓝科途、安普瑞斯（南京）、山东精工电子、长虹三杰新能源等赞助单位的大力支持。参加本届大会的嘉宾来自国内外汽车产业、无人机、3C电子、电动工具、铅酸电池、超级电容、镍氢电池、锂离子电池及系统Pack、锂电池四大主材等配套相关设备等领域；共有200家企业单位，400余位嘉宾出席了此次国际研讨会。
在2022CHPB-5，Session6“混动车低电压电源系统市场与技术新发展（12-48V）”分论坛主题上，来自浙江冠宇电池有限公司 张志国总监做了“新能源汽车用低压锂离子启动电池技术开发进展”主题演讲。浙江冠宇电池有限公司 张志国总监
首先感谢大会搭建的这个交流平台，让大家能够有机会分享各自的工作进展，下面由我来向大家汇报一下冠宇电池在新能源汽车12V低压启动电池的一些工作进展。我报告的内容分为三部分，一是新能源汽车对12V低压启动电池的需求分析，二是介绍一下COSMX的产品解决方案，三是和大家分享一下COSMX对低压启动电池发展趋势的展望相对于传统燃油车，新能源车在12V低压母线的上负载发生了一些变化，整车电气化程度更加深入，电动制动器、电动助力转向、ADAS和热管理，还有近年来新能源车快充需求也会大幅增加低压母线上热管理相关设备的功率需求。在车用低压启动电池市场，燃油车12V电池锂电化的需求主要来源于海外禁铅法令的驱动，我们之前在燃油车市场上积累的锂离子低压启动电池的技术，在新能源车上也得到了很好的应用，但新能源车上应用的场景和燃油车上又有一些差异，特别是智能化的新能源车。这个图里面展示了新能源车的几个工况。第一个是休眠工况，要求电池工作的温度比较低，整个功率也很低，这个工况可能持续时间很长，这种工况下希望低压启动电池能够有尽可能大的放电深度，铅酸电池一般建议在50% DOD，锂电能够到95%DOD不会明显影响寿命。第二个工况就是OTA，在不上高压的情况下更新系统软件，工作温度同样是比较低，功率会略微增加一些。第三个工况是启动，燃油车上启动的工况是要求很高，但是在新能源车上启动工况的功率并不大，虽然温度很低，比如说-30℃，甚至有的要求-40℃的启动，但新能源车启动主要是完成高压系统继电器的吸合，以及一些预充工况，整体功率不大。第四个是车辆运行工况，在车辆运行过程中，整车希望12V低压启动电池有更智能化的充电方式，我们在后面的章节会再对充电方式进行介绍。最有挑战的是第五个工况安全停车，在车辆发生碰撞或者其他需要断开高压回路的工况此时车辆会瞬间失去动力，如果车辆的速度比较高，那么就需要让车辆尽快的安全停车，这个时候就需要12V电池提供功率支持车辆低压母线上关键设备持续运行，这个时候要求放电功率是最大的，一般要求的评价温度点是-20℃，也有要求更低的温度，那样意味着电池的容量会增加。我们认为新能源车上对于低压启动电池几个关键的要求如图所示，一是要求优秀的低温功率性能。二是要求产品安全可靠，12V低压启动电池很多是安装在乘员仓内部，要求电池安全性要比较好。三是轻量化和小型化，便于车辆零件布置。四是智能化。五是可迭代，电池方案和性能需要能够配合整车的设计持续迭代升级，下面针对这几点分别展开介绍。这是市场主流车用AGM铅酸和COSMX一款成熟的12V低压锂电低温启动性能（CCA）的对比，在-20℃环境下电池进入稳定状态后，铅酸电池在840A的情况下电压下降到7.6V，锂电在约950A放电电流电压可以维持在8.7V ，可以看到锂电的低温性能明显优于铅酸电池。首先是低压启动电池也需要满足新能源车深充深放工况下的寿命要求。低压启动电池包最好具有同主动力电池包相当的寿命，整个生命周期无须特别的维护保养。其次是低压启动电池包要满足功能安全要求，既要满足电池管理安全，又要满足低压母线供电安全。第三是电池包使用的电芯要有安全的化学体系和电芯设计。第四是低压启动电池的可以安装在乘员仓使用，要求电池系统本身具备非常高的安全性能。这是车用铅酸电池和锂电系统能量密度和功率密度的对比，能量密度基本上差一倍。同样提供3kW的低温功率，铅酸大概需要10公斤，锂电池需要3公斤就可以提供同等的功率。锂电的放电深度要比铅酸大很多。整车对12V低压启动电池的智能化要求是比较高的，电池内部需要配置智能BMS，完成电池管理、网络管理、诊断、OTA等功能，12V低压BMS的构成和BEV应用的高压BMS类似，低压BMS还有一些特有的功能需要支持，例如MOSFET控制、低功耗、泵电保护等要求。整车上12V低压启动电池和VCU的交互比较复杂，需要和VCU策略做深度的集成，才能保证低压启动电池能够有效的支持整车各种工况的功率和能量需求。目前除了一些高端车型考虑到高可靠需求会使用容量较大电池，12V低压启动电池的容量在逐渐降低，目前20AH左右的方案较多，随着车辆策略的调整和电芯功率性能的持续提升，低压启动电池容量还会持续降低，一些车型上会布置两块低压启动电池，这样单电池容量可能也会下降一些。2024年之前，我们认为12V电池是主流，到2026年我们认为市场上高压的48V/12S+的逐渐多起来，低压母线有可能直接升成48V，也有可能是12V、48V混合的应用。目前低压启动电池采用软包电芯设计有一个优势，就是在改变电池容量的时候，只要改变电芯厚度，产线和模具不需要太大的变更，我们可以在保持电池包结构和总电量不变的情况下把电压等级从12V升级到48V，可以实现平滑的过渡，软包电芯能够比较好的满足这种迭代的需求，相对来说，方形或者圆柱改动容量是代价是比较大的。
下面介绍一下COSMX低压启动电池的解决方案。12V低压启动电池可以分为两类应用场景，分别是燃油车和新能源车，燃油车应用的主流尺寸多为LN这类标准尺寸，而新能源车上12V电池的尺寸变化较多，安装位置也是多样化的。除了常规的12V电池，COSMX针对12V低压母线向48V升压的趋势也做了一些技术研发，就是图中所示的12V/48V双压产品。
冠宇可以提供从电芯到BMS再到整个PACK系统一体化的自研解决方案，一体化自研方案使得各部件的沟通协作更加高效，这样对客户项目的支持会非常好，特别是一些节奏快的项目。
COSMX在12V低压启动电池产品方案上有几大特点，一是安全，满足功能安全标准要求的BMS和满足PV8450安全标准的电芯。二是优秀的低温功率性能，例如-28℃低温的启动功率，常温下具备的50C放电功率。三是智能，BMS具备完善的电池管理功能，支持故障诊断、网络管理以及OTA，另外为了扩大电池的使用范围，BMS内置一个小型DC/DC来限制低温下的充电电流，稍后会介绍一下这个模块的应用。
这是我们一款成熟的20AH电芯，这个电芯最早是面向燃油车应用的需求开发的，后来经测试证明在新能源车上应用也是完全没有问题的，这是-30℃温度下和-28℃两个工况下冷启动波形。
还有常温放电性能和充电性能，可以看到0.5C~20C的倍率放电容量变化很小。在10C充电倍率充电容量可以保持在95%以上。这是安全方面测试数据，常温的过充、高温的过充，过放循环，电芯常温、高温短路的测试，这个是热稳定性测试，针刺的测试，挤压的测试。接下来介绍的是BMS，12V低压启动电池BMS的架构如下图所示主要包含几大部分。分别是采集电池信号的AFE，计算电池数据的处理器MCU，电池保护开关MOSFET，电源模块和通信模块，充电限流模块DC/DC charginglimiter。这个方案有几个特点，a.双MOSFET独立控制方案，可以单独控制充电和放电。b.在休眠状态下仍然具备短路等保护功能。c.低的休眠功耗。d.欠压、过温、电流、电压、定时等多种唤醒方式。e.通过与整车交互实现智能补电功能。f．内置充电限流模块DC/DC charging limiter。g. ASIL A+以上的功能安全等级。图中DC/DC charging limiter是在充电MOSFET上并了一条回路，这是一个小功率的DC/DC电源。众所周知电池的充电电流是有限制的，尤其是温度特别低的时候进行充电，但是要求整车去精确控制12V低压启动电池的充电电流是很困难的，我们就在充电回路并联一个小功率DC/DC，通过这个DC/DC来限制充电电流来解决这个问题。在这张图里面横坐标是工作温度，纵坐标是电池工作电压，绿色区域是整车可以不限流充电的区域，淡绿色区域是需要限流充电的区域，青色区域是整车希望12V母线的工作电压范围，整车希望12V母线的电压不要低于12V，整车的期望和电池充电能力之前的差距就是图中红框区域，我们通过内置的DC/DC charging limiter这个差距，这样可以简化整车的充电策略，拓宽电池的使用范围。下面介绍一下车用低压启动电池产品的开发过程，在设计过程中会进行电芯、电路、结构、系统级的仿真。通过前期数字样机的仿真验证，以及后期实物样机的测试验证，能够有效的减少设计缺陷，缩短产品开发周期最后分享一下COSMX对新能源车用低压启动电池发展趋势的分析。第一、随着自动驾驶等级的提升，对低压电源的可靠性和安全性要求会越来越高。其次是目前12V锂电的规格比较多，随着应用的推广，未来也需要推出标准化的产品以降低制造成本。第三是低压母线上用电功率的提升也会推动低压母线的电压升级，未来会升级到48V母线电压。最后，为了拓宽电池的应用场景，未来也需要进一步提升电池的低温功率性能。