動力電池10大安全問題及解決思路

賢集網蓄電池頻道訊:以下是某會議的精髓,提出探討動力電池十大安全問題:1.電芯安全 2.成組安全 3.電池管理 4.設計安全 5.充電安全 6.使用安全 7.安全預警 8.日常維護 9.安全保護 10.安全等級劃分。本整理稿件是從10個問題中挑選3個核心問題進行重點討論,並提出本組的解決思路,具體如下:

1、電芯安全的解決思路

C組:電芯、電池模塊標準化

通過標準化可以改善幾個方面:

(1)設計方面,把電芯的設計問題集中暴露,集中處理;

(2)生產設備方面,設備的標準化程度也會相應高一些,設備企業產品迭代會更快;

(3)持續改進和經驗推廣,通過標準化,可以把優秀的設備配套商和零配件配套商的經驗向行業推廣,這樣整體提高瞭電池行業的安全技術水平。

D組:電芯的標準化

電芯的標準化可以降低低層次勞動的重復。電芯標準化本身對電芯的安全性能有很大的提升,更多廠商做同一個標準的電芯,電芯成本會下降,安全性會提高。從緊迫性和可實現性來看,是比較緊迫也比較容易實現的。

2、成組安全的解決思路

D組:熱管理設計對電池安全非常重要

成組安全方面,熱管理設計的好,熱量均衡,BMS雖然很小的電流均衡,但是可以把不同電池之前的溫度差導致的電壓差均衡起來,因為電池就是電化學裡能斯特方程的溫度,正極是正相關,負極是負相關,電壓差是正極減負極的話是更大的,所以溫度對它的電壓影響是很大的。

當然焊接工藝也是很重要的一個方面,焊接工藝不一樣會導致內阻的不均衡上升,所以從這幾個維度來提高它的成組安全。

F組:PACK的電管理、熱管理

安全性問題最終要歸結為電池模塊,運用系統論的方法來考慮電芯和PACK的安全問題,BMS要對每個電芯做精確的檢測、管控和預警。

同時也不能因為隻考慮電池的安全問題,而忽略瞭它的壽命,我們既要保證電池的安全性,也要盡可能的提升電池的壽命。如果沒有好的壽命,就失去瞭利用鋰電池的理由。

3、電池管理的解決思路

C組:BMS安全策略

將電池系統分級並制定相應的安全目標,根據目標制定測量、識別、處理的安全策略並進行驗證。如果行業集中精力做這方面的工作,能夠在短期內提高電池安全水平。

F組:BMS對電芯檢測、管控、預警

我們應該從根本上認為鋰電池本身是不安全的,對它進行有罪推論,它本身是不安全的能源裝置,需要在BMS管控的基礎上,外加熱失控、及時滅火機制和裝置,如一發現火情,馬上啟動滅火裝置滅火。

4、設計安全的解決思路

F組:體系設計科學、合理,生產過程控制

各種電池材料、電池結構均有優缺點,隻是對安全性影響的程度不同而已,隻要設計科學、制造精密,在一定程度上都可以制造出安全性可以接受的動力電池。

5、充電安全的解決思路

A組:充電設備上增加電池快速體檢功能

車輛充電完成80%-90%時做大電流檢測,通過直流內存的變化找出電池組中不一致的地方,達到電池快速體檢的目的。

PACK在出廠前,都會做一個大電流的脈沖充電和放電,在充電的末端做一個大電流的脈沖充電,在放電的末端做一個大電流的脈沖放電,通過這個方法,把電池組合中不一致的地方找出來,可能是電芯的問題、可能連接有問題、也可能是數據線有問題,這些大電流脈沖會明顯的顯示出一些異常。

把這種方法應用到用戶端,因為用戶端除瞭充電樁外沒有什麼可檢測的手段。

D組:充電初期對電池進行電流脈沖檢測

對於不同電池的SOE、SOH充電的電流,在充電初期對它進行電流的脈沖檢測,發現不一致性,提前發出安全警報。因為在充電初期,電池PACK是常溫的,充電末端的時候電池PACK的溫度可能已經上升瞭10°或者15°,導致電池的電壓不均衡,所以在均衡的時候檢測它的不一致性可能誤差更小。

另外,對BMS進行實時診斷、檢測,對車、充電樁、電網這三方進行協調,充分保障充電安全。

6、使用安全的解決思路

E組:在單體熱失控狀態下如何保證人員安全

(1)延緩熱失控方面,有一些成熟的設計方法:

采用防火材料,在防火結構上做防火隔熱處理,如特斯拉的設計裡可以看到,確實在一定程度上能夠延緩熱失控的過程,延緩單體熱失控到整組熱失控的過程。

(2)增加人員逃生時間方面,主動做些檢測:

煙霧的檢測、化學成分的檢測、熱的檢測等,通過檢測發現早期單體熱失控,並給駕駛員和乘客發出警報,提醒人員逃生。

(3)做限制處理:

不能讓駕駛員按照常規的功率去使用,通過限功率的模式,讓車子有一定的動力,但動力很弱,可以靠邊停車做處理。

(4)增加滅火設備:

目前電動客車國標正在推動增加滅火裝置,增加滅火裝置可能有好處也有壞處,因為現在電池箱的設計都會增加防爆閥,如果噴射大量氣體或者氣凝膠出來,它會導致內部壓力增大,可能把防爆閥沖破,會帶來另外一個問題。

如果誤檢測單體熱失控,把這些東西噴出來,可能會導致整組電池的報廢,如果噴出來的氣體、液體或半凝膠物質對電池無危害會是比較好選擇,希望有這種材料能夠達到這種效果。

(5)整車設計:

在整車設計方面要增加安全逃生裝置,電動車和傳統車不一樣,電池作為電動車的唯一動力來源,在熱失控的情況下如果通過切斷動力的方式停電,車門有可能會打不開,所以在整車設計上如果能增加可以快速、方便打開的逃生門或者其他的逃生裝置也是個可行的選擇。

7、安全預警的解決思路

D組:BMS監控,VCU響應,大數據分析

汽車的VCU對出現的問題做響應。車在出現安全問題時,可以讓司機靠邊停車,或者是做一些相應的動作,並把VCU收集到的BMS信息上傳到雲端進行大數據分析,VCU有個智能學習的過程,提高安全預警的可靠性。

8、日常維護的解決思路

B組:制定日常維護的流程及國傢的相關法律規定是非常緊急和必要的

現在車輛很多問題都出在沒有日常維護的標準或沒有國傢強制檢測的標準。傳統車都有強制檢測,電動車作為新生事物,相關的安全性、可靠性還沒有達到傳統車的級別,究竟每隔3個月,6個月,還是1年進行檢測,應該檢測哪些項目(系統密封性、電器可靠性、連接可靠性等都需要檢測),這都缺少相關的標準。

現在整車廠更多的賣點是電動車不用維護,但實際上這完全與安全的意識背道而馳,因此,國傢應該制定強制檢測的標準,整車廠也應該有強制檢測的項目要求。

從可行性上來講,國傢或行業制定相關的標準,整車廠制定檢測、維護的項目或手冊,執行起來比較容易。

9、安全保護的解決思路

E組:過充、過熱、連接安全問題

(1)過充問題的解決

通過BMS、充電機、VCU保護,最簡單的是通過BMS來保護,如果BMS不起作用還可以通過充電機來保護,還可以通過整車VCU來介入。關於過充的問題,從技術上來解決的話是比較容易解決的,而且效果也比較明顯。

(2) 過熱問題的解決

在充電過程中,由於電芯本體的過熱或者連接阻抗過大導致的過熱也會引起熱失控。關於過熱的問題主要從兩個方面來解決,一是減小電芯的密度、減小連接阻抗,這從本質上去降低風險;第二個是加強散熱,我們希望在充電過程中能采取更有效的散熱措施,比如說通過加強風冷或液冷的措施,可以降低充電過程中熱失控的可能性,還有溫度采樣的問題,溫度采樣要準確,怎麼樣有效可靠地采樣出溫度點,這可能要跟我們的熱仿真和實際測試結果做一下匹配。

(3)連接故障的解決

前段時間在上海發生瞭一起事故,飛線連接充電起火,還有在地下車庫充電起火的事故,其實都是跟充電連接的關系非常大。充電連接充電槍的插頭,還有普通車載充電機的插頭,如果長期使用,如果連接不可靠會過熱起火。目前在充電國標裡已經有要求瞭,在充電槍上會增加溫度傳感器,來采集充電過程中充電槍的溫度。

還有充電槍和插頭插座的壽命要經過嚴格的計算和驗證,要能夠滿足整車的使用壽命要求。日常的檢查和維護,能夠判斷出來插頭插座的接觸是不是已經降低到一個數字之下,如果已經降低到安全數值之下,那麼肯定要更換,通過這幾種方式解決充電連接問題。

10、安全級別劃分的解決思路

C組:產業鏈合作,整車廠和零配件企業建立專業化分工和協作體系

按照汽車行業的要求,從APQP、PPAP等環節按照汽車行業的要求實施,分工、職責明確,實現產品全壽命周期可監控、可追溯,從合作模式改變方面來提高動力電池的安全水平。

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