動力電池安全介紹及相關(guān)措施課件

動力電池安全介紹及相關(guān)措施動力電池安全介紹及相關(guān)措施目錄ABCPage2動力電池安全事故動力電池基礎(chǔ)介紹動力電池安全措施目錄ABCPage2動力電池安全事故動力電池基礎(chǔ)介紹Page3新能源汽車事故

作為新的汽車產(chǎn)品形態(tài)，新能源汽車頻發(fā)的起火、爆炸等事故也引發(fā)了全社會高度關(guān)注。時間地點原因2013年10月1日美國西雅圖南部公路行駛中車輛自燃（路面硬物刺穿電池組）2013年10月18日墨西哥高速行駛碰撞后起火/爆炸（電池組被刺穿）2013年11月7日美國田納西州士麥那行駛中車輛自燃（電池組被刺穿）2013年11月15日美國加州奧蘭治縣居民車庫充電器過熱起火2014年2月初加拿大多倫多居民車庫熄火后車輛自燃（原因不明，但已排除電池、充電系統(tǒng)、適配器或電源插座）2014年7月4日美國洛杉磯高速公路碰撞后起火（車體斷裂）2016年1月1日挪威耶爾斯塔臨時超級充電站充電時起火/爆炸（原因有待查明）特斯拉自主品牌時間地點品牌原因2011年4月11日杭州-公路眾泰朗悅運行中車輛自燃（電池漏液、絕緣受損以及局部短路等）2012年5月26日深圳-公路比亞迪E6碰撞后起火/爆炸（電池組被刺穿）2015年3月27日漳州-公交站陸地方舟行駛中起火冒煙（電池組短路）2015年4月26日深圳-充電站五洲龍充電時起火自燃（電池嚴(yán)重過充）2016年3月16日深圳-公交站五洲龍行駛中車輛自燃（初步判斷為電瓶搭線處起火）Page3新能源汽車事故作為新的汽車產(chǎn)品形態(tài)Page4電池事故1.2008年P(guān)riusPHEV起火事件事故原因：因裝配設(shè)計存在缺陷（報道中稱用戶對電池包進行了改裝），行駛中電池組某處接頭松動，該處電阻增大，異常生熱導(dǎo)致其附近溫度過高，并最終引發(fā)熱失控，并波及整個電池包。2.2013年TeslaModelS起火事件事故原因：汽車在高速運行中，與路面上的大型金屬物體發(fā)生碰撞，底盤（電池包外殼）被刺穿，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，引發(fā)熱失控。3.2011年雪佛蘭沃藍達PHEV起火事件事故原因：車輛在碰撞測試中鋰電池組受損，經(jīng)過翻滾試驗后電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的冷卻液泄露并與電池組件接觸，有導(dǎo)致電池內(nèi)部短路的風(fēng)險，并會最終引發(fā)自燃。電動汽車起火事故的直接成因總結(jié)：過熱、內(nèi)短路、外短路、碰撞、針刺…

鋰離子動力電池安全性事故的主要表現(xiàn)為鋰離子電池的熱失控Page4電池事故1.2008年P(guān)riusPHEV鋰離子動力電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生機制Page5鋰離子電池在正常充放電反應(yīng)外，還存在許多潛在的放熱副反應(yīng)。當(dāng)電池溫度過高或充電電壓過高時，容易引發(fā)[1]。[1]武漢大學(xué)，鋰離子動力電池的安全性問題。艾新平SEI膜分解導(dǎo)致電解液在裸露的高活性碳負極表面的還原分解；充電態(tài)正極的熱分解；電解質(zhì)的熱分解；粘結(jié)劑與高活性負極的反應(yīng)；主要的過熱副反應(yīng)[1][2]鋰離子動力電池?zé)崾Э氐陌l(fā)生機制Page5鋰離子電池在正常充目錄ABCPage6動力電池安全事故動力電池基礎(chǔ)介紹動力電池安全措施目錄ABCPage6動力電池安全事故動力電池基礎(chǔ)介紹Page7電動汽車三大核心技術(shù)新能源汽車三大核心技術(shù)：1、電控2、電機3、電池Page7電動汽車三大核心技術(shù)新能源汽車三大核心技術(shù)：Page8電池構(gòu)造電池系統(tǒng)主要組成：1、模組；2、管理系統(tǒng)（BMS）；3、高壓控制系統(tǒng)（BDU）；4、熱管理系統(tǒng)；5、結(jié)構(gòu)支撐件、線束、同排；6、殼體；7、接插件及安全開關(guān)。Page8電池構(gòu)造電池系統(tǒng)主要組成：Page9電池技術(shù)鋰電池技術(shù)金屬-空氣電池技術(shù)等

目前的成熟技術(shù)：

鋰離子電池技術(shù)燃料電池技術(shù)（HydroyenFeul）Page9電池技術(shù)鋰電池技術(shù)Page10鋰電池技術(shù)電池為一種能量轉(zhuǎn)換裝置。充電時，電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能儲存起來；放電時，化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能。一次電池，電池的反應(yīng)是不可逆。二次電池，電池的反應(yīng)可逆，可進行多次反復(fù)充放電。Page10鋰電池技術(shù)電池為一種能量轉(zhuǎn)換裝置。

體系卷繞技術(shù)鋁殼技術(shù)圓柱電池方形電池軟包技術(shù)疊片技術(shù)

Page11三元體系VS鋰酸鐵鋰體系鈦酸鋰負極體系碳納米管、石墨烯添加，快速充電體系鋰電池體系及工藝

工藝體系PagPage12序號項目圓柱行方形軟包1電芯圖2模組圖3液冷模式電池類別Page12序號項目圓柱行方形軟包1電芯圖2模組圖3液冷模Page13電池類別結(jié)構(gòu)設(shè)計影響圓形卷繞方形疊片軟包卷繞極片、隔膜張力恒定恒定變張力極耳數(shù)目正、負單耳正、負多極耳可多極耳，但操作困難電芯內(nèi)外層差異明顯無差異不明顯散熱特性不好良好良好倍率特性不好優(yōu)良較好單體自動組裝難度容易較難容易電池一致性較好好一般優(yōu)點生產(chǎn)工藝成熟，一致性好，成本低。容易模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化。易于安裝固定。形狀可以多樣化，占空間比例小，質(zhì)量比能量和體積比能量好。缺點內(nèi)阻大，電芯內(nèi)部不容易散熱，壽命低。安全防爆閥的設(shè)計要求高，能量密度相對低。不容易固定，容易鼓包回收及再利用難，可回收利用價值低。容易。一般Page13電池類別結(jié)構(gòu)設(shè)計影響圓形卷繞方形疊片軟包卷繞極目錄ABCPage14動力電池安全事故動力電池基礎(chǔ)介紹動力電池安全措施目錄ABCPage14動力電池安全事故動力電池基礎(chǔ)介結(jié)構(gòu)安全模組結(jié)構(gòu)箱體結(jié)構(gòu)絕緣防護絕緣檢測密封防水熱管理安全電池包加熱電池包制冷充電安全充電協(xié)議充電管理熱管理Page15電池失效失效模式結(jié)構(gòu)不可靠絕緣失效漏水熱管理失效BMS失效充電起火結(jié)構(gòu)模組結(jié)構(gòu)箱體結(jié)構(gòu)絕緣絕緣檢測密封防水熱管理電池包加熱電池結(jié)構(gòu)設(shè)計仿真分析實驗驗證Page16電池安全設(shè)計GB/T31467.2GB/T31467.3靜態(tài)仿真動態(tài)仿真結(jié)構(gòu)強度密封防護結(jié)構(gòu)設(shè)計仿真分析實驗驗證Page16電池安全設(shè)計GB/T1、輸入信號采集、輸出信號控制；2、高壓上下管理；3、充電控制；4、電池包母線高壓測量，母線電流測量；5、SOC/SOH/絕緣電阻/內(nèi)阻計算；6、電芯狀態(tài)統(tǒng)計、電芯均衡功能控制；7、傳感器自學(xué)習(xí)、故障診斷、故障存儲功能，充電通信協(xié)議。1、電芯單體的電壓采集；2、溫度采集；3、執(zhí)行電芯均衡功能。Page17電池安全管理電池管理系統(tǒng)從控制器電池管理系統(tǒng)主控制器1、輸入信號采集、輸出信號控制；1、電芯單體的電壓采集；PaPage18電池?zé)岚踩O(shè)計方式自然冷卻+PTC直接加熱風(fēng)冷液冷液冷+風(fēng)冷方式圖優(yōu)劣優(yōu)勢：1、結(jié)構(gòu)簡單劣勢：1、無冷卻功能2、加熱對電芯溫度沖擊大優(yōu)勢：1、結(jié)構(gòu)簡單劣勢：1、IP67無法實現(xiàn)2、消耗大量電池電量3、溫度均勻性較差優(yōu)勢：1、溫度均勻劣勢：1、整車配合高2、消耗少量電池電量3、熱交換效率較低優(yōu)勢：1、換熱效率高劣勢：1、溫度均勻性較差2、消耗少量電池電量成熟度國內(nèi)技術(shù)成熟國內(nèi)技術(shù)成熟國內(nèi)技術(shù)成熟國內(nèi)技術(shù)不成熟成本低低中高適用圓柱、方形、軟包方形、軟包圓柱、方形、軟包方形、軟包Page18電池?zé)岚踩O(shè)計方式自然冷卻+PTC直接加熱風(fēng)冷汽車動力蓄電池產(chǎn)品檢驗?zāi)夸汸age19標(biāo)準(zhǔn)號名稱備注GB/T31484-2015電動汽車用蓄電池循環(huán)壽命技術(shù)要求及試驗方法GB/T31485-2015電動汽車用蓄電池安全技術(shù)要求及試驗方法GB/T31486-2015電動汽車用蓄電池電性能技術(shù)要求及試驗方法GB/T31467.2-2015電動汽車用鋰離子蓄電池包和系統(tǒng)第2部分：高能量應(yīng)用測試規(guī)程GB/T31467.3-2005電動汽車用鋰離子蓄電池包和系統(tǒng)第3部分：安全性要求與測試方法QC/T897-2011電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件要求做GB/T18388-2005電動汽車定型試驗規(guī)程電池一致性檢測汽車動力蓄電池產(chǎn)品檢驗?zāi)夸汸age19標(biāo)準(zhǔn)號名稱備注GB/資質(zhì)申請Page20

如果想獲得純電動乘用車資質(zhì)牌照，電芯、模塊和系統(tǒng)必須由整車廠委托國家認(rèn)定的檢測機構(gòu)檢測，必須通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；BMS也必須通過QC/T897-2011《電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》檢測；3萬公里后的動力電池一致性檢測，也必須滿足要求（單體最大壓差不超過50mv或續(xù)駛里程衰減率低于10%）

檢測所需電芯24只，模塊22組和系統(tǒng)5+6組；所需周期約60~90天（除去循環(huán)性能測試，如測試循環(huán)性能約需330天）。詳情見以下分解。資質(zhì)申請Page20 如果想獲得純電動乘用車資質(zhì)牌照，電測試周期及樣品要求Page21分類檢測項目檢測周期GB/T31484-2015GB/T31486-2015單體模塊電性能常溫容量新標(biāo)準(zhǔn)檢測同期除工況循環(huán)壽命約60天；加上標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命（500次）170天/（1000次）330天；單體4只，模塊12組√√低溫容量Х√高溫容量Х√倍率容量Х√倍率充電性能Х√常溫荷電保持與容量恢復(fù)Х√高溫荷電保持與容量恢復(fù)Х√儲存Х√耐振動Х√簡單模擬工況ХХ標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)壽命Х√工況循環(huán)Х√測試周期及樣品要求Page21分類GB/T31484-2熱性能測試步驟及要求Page22

檢測項目測試步驟合格要求參考標(biāo)準(zhǔn)單體加熱1，電芯充滿電

2，以5℃/min速率升溫至130℃，并保溫30min

3，觀察1h不爆炸、不起火GB/T31485-2015溫度循環(huán)1，電芯充滿電

2，從25℃開始試驗，60分鐘降至-40℃，保持90分鐘，接著60分鐘升溫至25℃，繼續(xù)用90分鐘，升溫至85℃，保溫110分鐘，繼續(xù)用70分鐘，降溫至25℃。以上步驟循環(huán)5次。

3，觀察1h不爆炸、不起火、不瀉漏液GB/T31485-2015模塊加熱1，模塊充滿電

2，以5℃/min速率升溫至130℃，并保溫30min

3，觀察1h不爆炸、不起火GB/T31485-2015溫度循環(huán)1，電芯充滿電

2，從25℃開始試驗，60分鐘降至-40℃，保持90分鐘，接著60分鐘升溫至25℃，繼續(xù)用90分鐘，升溫至85℃，保溫110分鐘，繼續(xù)用70分鐘，降溫至25℃。以上步驟循環(huán)5次。

3，觀察1h不爆炸、不起火、不瀉漏液GB/T31485-2015熱性能測試步驟及要求Page22檢測項目測試步驟合格要求熱性能測試步驟及要求Page23

檢測項目測試步驟合格要求參考標(biāo)準(zhǔn)電池包溫度沖擊1，電池包處于100%SOC狀態(tài)

2，電池包置于（-40±2）℃~（85±2）℃之間交變溫度環(huán)境中，兩種極端溫度轉(zhuǎn)變的時間小于30min。每個極端溫度下保持8h，循環(huán)5次

3，室溫下觀察2h無電解液泄漏、外殼破裂、著火或者爆炸等現(xiàn)象，試驗后絕緣電阻值不小于100Ω/VGB/T31467.3-2015濕熱循環(huán)1，電池包處于100%SOC狀態(tài)

2，按照GB2423.4執(zhí)行Db，最高溫度80℃，循環(huán)5次

3，室溫下觀察2h無電解液泄漏、外殼破裂、著火或者爆炸等現(xiàn)象，試驗后30min內(nèi)的絕緣電阻值不小于100Ω/VGB/T31467.3-2015外部火燒1，電池包處于100%SOC狀態(tài)

2，汽油頁面與測試樣品表面距離50cm或車空載的離地間隙。汽油點燃預(yù)熱60s之后，置于測試樣品下，使測試樣品直接暴露火焰下70s。

3，將油盤蓋上，保持60s或經(jīng)過協(xié)商繼續(xù)燃燒60s

3，室溫下觀察2h無爆炸現(xiàn)象，若有火苗，應(yīng)在火源移開2min內(nèi)熄滅GB/T31467.3-2015過溫試驗1，保持BMS及冷卻系統(tǒng)正常工作

2，以最大允許充放電電流持續(xù)工作直至電池管理系統(tǒng)起作用，或出現(xiàn)以下情況，停止試驗：1）超過最高溫度10℃；2）1小時內(nèi)最高溫度變化小于4℃；3）出現(xiàn)其他意外情況無放電電流銳變，電壓異常，試驗后電池系統(tǒng)無電解液泄漏、外殼破裂、著火或者爆炸等現(xiàn)象，試驗后絕緣電阻值不小于100Ω/VGB/T31467.3-2015熱性能測試步驟及要求Page23檢測項目測試步驟合格要求熱性能測試步驟及要求Page24序號檢驗項目樣品分組及數(shù)量QCT897-20111絕緣電阻樣品1、2、3√2絕緣耐壓性能樣品1√3電池系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測樣品1、2、3√4SOC估算樣品2√5電池故障診斷√6安全保護√7過電壓運行√8欠電壓運行√9高溫運行√10低溫運行√11耐高溫性能√12耐低溫性能√13耐鹽霧性能√14耐濕熱性能樣品3√15耐振動性能√16耐電源極性反接性能樣品1√17電磁輻射抗擾性√熱性能測試步驟及要求Page24序號檢驗項目樣品分組及數(shù)量謝謝！Page25謝謝！Page25Page26電池事故1.2008年P(guān)riusPHEV起火事件事故原因：因裝配設(shè)計存在缺陷（報道中稱用戶對電池包進行了改裝），行駛中電池組某處接頭松動，該處電阻增大，異常生熱導(dǎo)致其附近溫度過高，并最終引發(fā)熱失控，并波及整個電池包。2.2013年TeslaModelS起火事件事故原因：汽車在高速運行中，與路面上的大型金屬物體發(fā)生碰撞，底盤（電池包外殼）被刺穿，導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，引發(fā)熱失控。3.2011年雪佛蘭沃藍達PHEV起火事件事故原因：車輛在碰撞測試中鋰電池組受損，經(jīng)過翻滾試驗后電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的冷卻液泄露并與電池組件接觸，有導(dǎo)致電池內(nèi)部短路的風(fēng)險，并會最終引發(fā)自燃。電動汽車起火事故的直接成因總結(jié)：過熱、內(nèi)短路、外短路、碰撞、針刺…

鋰離子動力電池安全性事故的主要表現(xiàn)為鋰離子電池的熱失控Page26電池事故1.2008年P(guān)riusPHEVPage27電池構(gòu)造電池系統(tǒng)主要組成：1、模組；2、管理系統(tǒng)（BMS）；3、高壓控制系統(tǒng)（BDU）；4、熱管理系統(tǒng)；5、結(jié)構(gòu)支撐件、線束、同排；6、殼體；7、接插件及安全開關(guān)。Page27電池構(gòu)造電池系統(tǒng)主要組成：Page28電池類別結(jié)構(gòu)設(shè)計影響圓形卷繞方形疊片軟包卷繞極片、隔膜張力恒定恒定變張力極耳數(shù)目正、負單耳正、負多極耳可多極耳，但操作困難電芯內(nèi)外層差異明顯無差異不明顯散熱特性不好良好良好倍率特性不好優(yōu)良較好單體自動組裝難度容易較難容易電池一致性較好好一般優(yōu)點生產(chǎn)工藝成熟，一致性好，成本低。容易模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化。易于安裝固定。形狀可以多樣化，占空間比例小，質(zhì)量比能量和體積比能量好。缺點內(nèi)阻大，電芯內(nèi)部不容易散熱，壽命低。安全防爆閥的設(shè)計要求高，能量密度相對低。不容易固定，容易鼓包回收及再利用難，可回收利用價值低。容易。一般Page28電池類別結(jié)構(gòu)設(shè)計影響圓形卷繞方形疊片軟包卷繞極1、輸入信號采集、輸出信號控制；2、高壓上下管理；3、充電控制；4、電池包母線高壓測量，母線電流測量；5、SOC/SOH/絕緣電阻/內(nèi)阻計算；6、電芯狀態(tài)統(tǒng)計、電芯均衡功能控制；7、傳感器自學(xué)習(xí)、故障診斷、故障存儲功能，充電通信協(xié)議。1、電芯單體的電壓采集；2、溫度采集；3、執(zhí)行電芯均衡功能。Page29電池安全管理電池管理系統(tǒng)從控制器電池管理系統(tǒng)主控制器1、輸入信號采集、輸出信號控制；1、電芯單體的電壓采集；Pa汽車動力蓄電池產(chǎn)品檢驗?zāi)夸汸age30標(biāo)準(zhǔn)號名稱備注GB/T31484-2015電動汽車用蓄電池循環(huán)壽命技術(shù)要求及試驗方法GB/T31485-2015