動(dòng)力電池安全智能系統(tǒng)實(shí)例分析及建議

1、-5 -動(dòng)力電池安全智能系統(tǒng)實(shí)例分析及建議2015年以來(lái)，電動(dòng)汽車被燒事件一而再三地被媒體曝光。如何解決好這個(gè)問(wèn)題，2017年5月6日-7日，由清華大學(xué)主辦的第一屆全國(guó)鋰離子電池安全性技術(shù)研討會(huì)在北京召開(kāi)， 歐陽(yáng)明高教授認(rèn)為， 解決好動(dòng)力電池?zé)崾Э匦枰甯?。這些說(shuō)明，要解決好電動(dòng)汽車上動(dòng)力電池的安全，一是行業(yè)上下都必須要高度重視，二是要研發(fā)出技術(shù)指標(biāo)較高的系統(tǒng)（總成件），三有了這樣的系統(tǒng)以后，要積極配置到汽車上來(lái)。筆者將自己對(duì)動(dòng)力電池安全智能系 統(tǒng)及實(shí)例分析及建議，分享給大家，供大家參考。一、動(dòng)力電池安全隱患的誘因動(dòng)力電池是能源載體，說(shuō)明其安全隱患誘因是客觀存在的。按照歐陽(yáng)明高教授的總結(jié)，大

2、致可以分為三大類：1）外部高溫會(huì)導(dǎo)致電芯防爆膜破裂，電解液噴出，會(huì)發(fā)生燃燒、起火。在外部高溫環(huán) 境下， 電解液分解物與正極、負(fù)極發(fā)生反應(yīng)，電芯隔膜將融化分解等導(dǎo)致內(nèi)部短路，電能 量釋放也多會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。50005000500? 2 1 1圖1試驗(yàn)數(shù)據(jù)示意圖試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)電池單體溫度達(dá)到135 C時(shí)，隔膜開(kāi)始融化，電壓下降；150 C電池電壓快速下降，等溫度高達(dá)245 C時(shí)，隔膜完全崩潰。結(jié)論是，電池單體工作溫度在40 C50 C之間是比較理想的。結(jié)論是，如果高于或低于這個(gè)溫度范圍都是不利于電池正常使用 的。2）動(dòng)力電池內(nèi)部的雜質(zhì)、金屬顆粒、充放電膨脹與收縮、析鋰等都有產(chǎn)生動(dòng)力電池內(nèi)部短路

3、的可能。由動(dòng)力電池內(nèi)部雜質(zhì)引起的內(nèi)短路的過(guò)程的機(jī)理，目前全世界專家還在研究階段。結(jié)論是，目前要做到消除動(dòng)力電池內(nèi)部的雜質(zhì)等誘因，理論上還沒(méi)有找到可行的辦法。3）汽車機(jī)械受損如強(qiáng)烈的撞擊、翻車、擠壓也是無(wú)法規(guī)避的客觀事實(shí)。機(jī)械受損會(huì)導(dǎo) 致電池發(fā)生機(jī)械損壞，在很短的時(shí)間內(nèi)，會(huì)發(fā)生動(dòng)力電池短路。結(jié)論是，汽車是運(yùn)動(dòng)物體， 動(dòng)力電池的機(jī)械受損也是一個(gè)大概率事件。二、動(dòng)力電池發(fā)生安全事故的人為因素1）由于充電操作不當(dāng)導(dǎo)致外部短路。導(dǎo)致電池放電電流很大，會(huì)使電芯發(fā)熱，高溫會(huì) 使電芯內(nèi)部的隔膜收縮或完全壞壞，造成內(nèi)部短路，因而爆炸。結(jié)論是，進(jìn)行培養(yǎng)，加強(qiáng)管 理是一個(gè)十分必要的基礎(chǔ)管理工作。2）電池過(guò)充導(dǎo)致正極

4、的鋰過(guò)度放出會(huì)使正極的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。而放出的鋰過(guò)多也容易無(wú)法插入負(fù)極中，也容易造成負(fù)極表面析鋰，而且，當(dāng)電壓達(dá)到4.5V以上時(shí)，電解液會(huì)分解生產(chǎn)大量的氣體，從而導(dǎo)致電池鼓脹，嚴(yán)重的話甚至?xí)盁熎鸹?。結(jié)論是，要通過(guò)聲光等 措施要能及時(shí)告知要告訴操作人員，同時(shí)技術(shù)措施立即到位。要能杜絕這個(gè)行為的發(fā)生。3）過(guò)放會(huì)導(dǎo)致電池正極材料分子結(jié)構(gòu)損壞，從而導(dǎo)致充不進(jìn)去電。結(jié)論是，要通過(guò)聲 光等措施要能告知要告訴操作人員，同時(shí)技術(shù)措施上，要能杜絕這個(gè)行為的發(fā)生。4）IP防護(hù)等級(jí)不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致電池內(nèi)部水份含量過(guò)高。水份可以和電芯中的電解液反應(yīng)，生產(chǎn)氣體，充電時(shí)，可以和生成的鋰反應(yīng)，生成氧化鋰，使電芯的容量損失，易使

5、電芯過(guò)充 而生成氣體，水份的分解電壓較低， 充電時(shí)很容易分解生成氣體，當(dāng)這一系列生成的氣體會(huì)使電芯的內(nèi)部壓力增大，當(dāng)電芯的外殼無(wú)法承受時(shí)，電芯就會(huì)爆炸。三、動(dòng)力電池安全安防范措施1）BMS管理系統(tǒng)要具備自動(dòng)規(guī)避人為不當(dāng)操作的功能。2）動(dòng)力電池單體生產(chǎn)中過(guò)程控制措施到位。主要是要保障單體質(zhì)量要高、一致性要高。電池包的IP等級(jí)要符合電動(dòng)汽車的技術(shù)要求；3）BMS管理系統(tǒng)要能控制電動(dòng)系統(tǒng)環(huán)境溫度，要保持適宜，具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能；4）低溫環(huán)境下，BMS管理系統(tǒng)要能對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)自動(dòng)加溫，對(duì)即將發(fā)生燃燒時(shí)（或爆炸時(shí)刻），要能自動(dòng)消除這些；四、動(dòng)力電池安全智能系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)動(dòng)力電池安全智能系統(tǒng)分為三部分：a）電池

6、系統(tǒng)；b）熱管理系統(tǒng)；c）自動(dòng)滅火系統(tǒng)。曰TS系蜒 j :如!全砂圖2動(dòng)力電池安全智能系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)1）熱管理系統(tǒng)的基本功能a）電動(dòng)汽車正常后，電池始終保持在最佳工作溫度區(qū)間；b）低溫環(huán)境下，借力充電槍 （220-380網(wǎng)電）給車載電池加熱至電池正常工作問(wèn)題;c）規(guī)避杜絕虛充或者過(guò)充；d）能在-40度極寒條件下，確保電動(dòng)汽車能正常工作。電時(shí)壓筑機(jī)鳳冷；侵字生f 踣=如畫暮和1 iT圖3熱管理系統(tǒng)基本部件2）自動(dòng)滅火系統(tǒng)基本功能a）電池箱溫度過(guò)高或者燃燒時(shí)，自動(dòng)聲光報(bào)警，通知乘員疏散；b）將藥劑罐內(nèi)藥劑迅速噴入電池箱內(nèi)進(jìn)行滅火，整個(gè)過(guò)程不超過(guò)0.2秒。c）整個(gè)滅火結(jié)果，不給電池系統(tǒng)造成新?lián)p傷。四、

7、動(dòng)力電池安全智能系統(tǒng)工作原理1）熱管理系統(tǒng)的基本原理采用液體冷卻技術(shù)，將專業(yè)設(shè)計(jì)的換熱板放置于電池箱內(nèi)，在主機(jī)內(nèi)對(duì)液體介質(zhì)進(jìn)行 加熱/冷卻，再將液體送入換熱板內(nèi)，通過(guò)內(nèi)部流轉(zhuǎn)的液體進(jìn)行循環(huán)換熱。技術(shù)指標(biāo)要求：a）電池溫度精確控制在（ C）;b）溫控速度在極熱或極冷情況下能20分鐘達(dá)到動(dòng)力電池的正常范圍。c）體積尺寸大小必須控制在整車能接受范圍以內(nèi)。可以實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)的基本目標(biāo)：a）防止電池溫度過(guò)高，減少電化學(xué)腐蝕，避免熱失控導(dǎo)致燃燒或爆炸；杜絕電池溫度 過(guò)高所引起的自燃；b）防止低溫充電時(shí)，電池易出現(xiàn)瞬間電壓過(guò)充現(xiàn)象，導(dǎo)致短路；c）防止低溫過(guò)充時(shí)導(dǎo)致的電池不可逆損傷。2）自動(dòng)滅火系統(tǒng)的基本原理在溫度

8、（熱量）傳感器信號(hào)發(fā)生時(shí)，ECU發(fā)出指令，執(zhí)行元件開(kāi)始工作，滅火劑立即到 達(dá)，遇熱迅速氣化，吸收大量熱量，達(dá)到快速降溫的作用，且在電池箱底部形成積液，可持 續(xù)降溫。技術(shù)指標(biāo)要求：a）常溫常壓儲(chǔ)存下，滅火劑有效期達(dá)10年；b）滅火劑藥劑遇熱氣化，沉滯于電池箱內(nèi)，迅速稀釋氧含量，在非閉空間里，亦可達(dá) 到窒息滅火。c）滅火劑能捕捉自由基，持續(xù)快速打斷鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，形成保護(hù)層，阻止復(fù)燃。d）滅火劑介電強(qiáng)度大于 60KV（不導(dǎo)電），且無(wú)腐蝕性，不會(huì)對(duì)電池造成任何傷害；e）藥劑在自然狀態(tài)下 5天自然分解，噴放后無(wú)需對(duì)電池箱做任何清潔工作，同時(shí)其分解物對(duì)環(huán)境無(wú)任何污染。臭氧層損耗值（ODP）為0,溫室效應(yīng)值（G

9、WP）為1。五、總結(jié)及建議1）電動(dòng)客車配置 動(dòng)力電池安全智能系統(tǒng)”將是強(qiáng)制安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安技術(shù)條件（GB7258-20X X）代替GB 7258-2012）（征求意見(jiàn)稿）的12.10.4條款明確要求： 廠大于等于6m純電動(dòng)客車、充電式混合動(dòng)力客車、燃料電池汽車應(yīng)設(shè)置具有向駕駛?cè)藛T報(bào) 警功能的電池箱專用自動(dòng)滅火裝置?！笨蛙囌嚻髽I(yè)必須加強(qiáng)對(duì)動(dòng)力電池安全智能系統(tǒng)的研究。2）電池安全智能系統(tǒng)理應(yīng)向高集成度方向發(fā)展。純電動(dòng)客車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)也要保持一定 工作溫度，客車車身里也要求自動(dòng)滅火裝置。客車?yán)锊豢赡芘渲霉δ芑疽恢碌亩嗵椎难b置。 最好是一整套總成，體積要小。3）滅火劑，一是絕緣度等級(jí)要高，二是滅火劑完全滅火功能后，能自動(dòng)自然分解，三是滅火劑完全滅火功能后，在動(dòng)力電池箱上不能有遺留物。4）有了動(dòng)力電池安全智能系統(tǒng) ”電動(dòng)汽車安全等級(jí)會(huì)大大提高，