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行業動態

車載動力電池安全技術措施研究

文字:[大][中][小] 2016-10-12    瀏覽次數:580    

車載動力電池

車載動力電池

安全是紅線,質量是底線。沒有安全,就不用討論質量的好壞了。好質量的產品,安全性一定是高的。但是安全性高的產品,不一定是高質量的產品。車載動力電池安全是當前的一個熱門話題,有關新能源汽車發展的高峰論壇必有電池安全的題目。但是討論后,給外行人的總體印象是,目前中國電動汽車是不安全的,與討論的初衷是相反的,于是出現了,網上有人發文“中國電動汽車是垃圾”。好在這些討論的實際意義主要是正面的,并沒有導致電動汽車市場的恐慌。筆者對這些討論進行梳理,走訪了一些動力電池廠家,對我國車載動力電池安全技術及安全措施進行了研究,有了一定的體會,供大家參考。

一、電芯安全失效模式分析及技術保障措施

1.電芯內部正負極短路,生產設備保障能力是關鍵

(1)直接原因:電芯生產過程中有缺陷導致或因為長期振動外力使電芯變形所致。

(2)失效分析:生產過程中電芯內部正負極短路缺陷的剔除,是由生產線有關設備來保證的,如果設備保證不了,會出現批量產品質量問題。這對電池生產廠家而言是基本要求。我國已經對動力電池廠家實施了目錄管理,基本可以保證合規的電池廠家不會出現批量產品質量問題。

(3)安全技術措施:將不合格的(電芯內部正負極短路)電芯篩選出來,其目標值是大于99.999%的。

(4)危險度:一旦發生嚴重內短路,無法阻止控制,外部保險不起作用,肯定會發生冒煙或燃燒。但是在電池生產廠家有充足保障能力下,發生的概率是很低的,即使發生了,整車生產廠家,自動滅火裝置一定要發揮保障作用的。

2.電池單體漏液,執行工藝紀律到位是關鍵

(1)直接原因:外力損傷;碰撞、安裝不規范造成密封結構被破壞;焊接缺陷、封合膠量不足造成密封性能不好等。

(2)失效分析:與軟包和塑殼電芯相比,金屬殼單體更容易發生漏液情況,導致絕緣失效。電池漏液后整個電池包的絕緣失效,單點絕緣失效問題不大,如果有兩點或以上絕緣失效會發生外短路。

(3)安全技術措施:嚴格工藝紀律,提高生產自動化水平。

(4)危險度:非常危險;電池漏液造成車著火事故的概率比電芯內部正負極短路概率要大幾個數量級,這種外短路,外部保險要發揮作用的。

3.電芯脹氣鼓脹,生產現場環境(空氣)指標達標是關鍵

(1)直接原因:主要是因為電池內部發生副反應產生氣體,最為典型的是與水發生副反應。

(2)失效分析:生產線環境偏離規定要求。

(3)安全技術措施:在電芯生產過程嚴格控制水分,即可避免。

(4)危險度:一旦發生電池脹氣就會發生漏液等情況。這是產品生產質量中較為嚴重的質量問題,制定預防措施即可,同時嚴禁不合格的產品出廠。

4.容量一致性差,自動化生產線是關鍵

(1)直接原因:電池生產制造工藝技術能力不足,電池的存放時間長短,電池組充放電期間的的溫度差異,充放電電流大小等。

(2)失效分析:一致性有具體技術指標,一旦低于指標規定,表明生產線質量保障體系問題嚴重,必須要進行改進措施,提高產品容量一致性是一個持續提高的過程。

(3)安全技術措施:加強過程管理、評審的措施,持續提高企業質量管理體系的能力。

(4)危險度:危險不會立刻發生。容量一致性差,廠家要及時進行質量改進,同時嚴禁不合格的產品出廠。

二、電池管理系統(BMS)安全失效模式分析及技術保障措施

1.電壓檢測線失效及措施

(1)現象:電池過充,導致著火、爆炸;磷酸鐵鋰過充至5V以上大部分會冒煙,而三元電池一旦過充,會發生爆炸。

(2)原因:BMS電壓(連接、壓線過程或接觸不良)電壓檢測線失效,導致電池過充電或過放電,充電或過放電造成。

a)電解液分解釋放出氣體,從而導致電池鼓脹,嚴重的話甚至會冒煙起火;

b)電池過放電會導致電池正極材料分子結構損壞,從而導致充不進去電;

c)電池電壓過低造成電解液分解,干涸發生析鋰,引起電池內短路。

(3)措施:技術上選用高可靠性電壓采集線,杜絕采集線接觸不到位;管理上制定充電措施制度,責任落實到人。

2.電流檢測失效及措施

(1)現象:BMS采集不到電流,SOC無法計算,偏差大。

(2)原因:霍爾傳感器失效,充電電流大,電芯內部發熱大,會使隔膜固化容量衰減。

(3)措施:選用高質量的霍爾傳感器,確保安裝質量合格。

3.溫度檢測失效及措施

(1)現象:電池工作使用溫度過高,易發生鼓脹、漏液,爆炸。

(2)原因:溫度檢測失效。

(3)措施:嚴格控制電池的工作溫度在20-45攝氏度之間,避免電池低溫充電析鋰造成的短路以及高溫熱失控。

4.絕緣監測失效及措施

(1)現象:可能發生人員觸電。

(2)原因:動力電池發生變形或漏液的情況下都會發生絕緣失效。

(3)措施:對監測的傳感器,必須要選用高質量、高可靠的產品。

5.其他失效及措施

(1)SOC估算偏差大,目前的檢驗標準要求都是5%以內,實際上難度較大。要持續提高精度。

(2)電磁兼容的抗電磁干擾能力不足,導致BMS通訊失效,如何保障到位,還有一定難度。產品同時要通過第三方強制檢測。

三、電池包(Pack)集成失效,導致安全事故的危害分析及措施

1.匯流排連接失效

(1)現象:導體連接處產生大量的熱,極端情況下會導致動力電池著火。

(2)原因:螺栓連接在使用過程中,螺栓氧化脫落或振動導致螺栓松。

(3)措施:電芯與電芯連接或模塊與模塊連接處采用激光焊接,或在連接處增加溫度傳感器通過檢測的手段避免匯流排的失效。新的連接技術不斷涌現,廠家要積極采用。

2.動力電池系統主回路連接器失效

(1)現象:連接器性能不可靠,在振動下發生虛接,產生高溫燒蝕連接器。

(2)原因:連接器溫度超過90度就會發生連接失效。

(3)措施:連接器需要增加高壓互鎖功能,或在連接器附進加溫度傳感器。連接器一定才采用高質量的產品。

3、其他失效:

接觸器帶載斷開有一定次數的限定,在大電流帶載閉合時會燒蝕,主要措施:一般采用雙繼電器,按先后順序閉合控制,以免高壓接觸器粘黏;高壓系統部件中熔斷器的選型匹配不到位,振動或外部受到碰撞擠壓導致動力電池發生形變,密封失效,IP等級降低,主要措施:電池箱結構的碰撞防護一定要到位。

四、中國動力電池安全技術已經成熟

目前大家對中國動力電池安全技術的討論,十分踴躍。主要是從不安全角度在分析,提出了許多提高安全技術水準的辦法和措施。工信部提出了客車上暫時不同意”三元”電池上客車規定,也是有道理的,主要是客車的安全性要求是最高的。從一個側面,說明中國對動力電池技術研究是成熟的。隨著我國新能源汽車發展,新的動力電池安全技術不斷出現也是必然趨勢。

動力電池廠家和整車廠及用戶三者要攜起手來,通過不斷改進工藝和技術提高鋰電池電芯的安全性。BMS系統廠商要充分了解電池的性能,基于動力電池的安全設計原則,設計出安全可靠的電池系統;整車廠要發揮自己引領地位和橋梁作用,將車載動力電池安全技術措施落到實處,主要有動力電池系統的安裝結構、電氣、電池熱管理、極端安全事故發生時及時補救技術的應用等一系列工作要做,為用戶提供安全可靠、高質量的純電動汽車;用戶也必須正確的、安全地使用(維護)好純電動汽車,一定要杜絕濫用(機械的、熱的、電的))的行為發生,確保我國純電動汽車健康持續的發展。

新聞來源于第一電動網。
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