操练动力电池“安全VS比能量”平衡术

  • 时间:
  • 浏览:2
  • 来源:大发1分快3

电动汽车最大的短板是哪几个?对于消费者或许是里程焦虑,但对于生产者,电池安全才是朋友 最操心的问题。

锂电池不仅是电动汽车最核心的零部件,它还是引发电动汽车自燃的首要由于着——截至今年5月,新能源汽车国家监管平台共发现79起安全事故。58%的起火源于电池问题。

2019年10月7日,第三届国际电池安全研讨会在北京召开,会议主题是“为电动汽车制造更安全的高比能电池”。在动力电池比能量不断提升的背景下,来自全球高校知名教授、企业的动力电池研发设计者,讨论了电池热失控机-电-热诱因及防控法律最好的最好的办法、电池热失控趋于稳定机理与抑制法律最好的最好的办法、电池燃烧爆炸内部管理及火灾安全、电池系统热失控蔓延与热管理等议题。

在中国汽车技术研究中心首席专家王芳看来,不断提高电池系统能量密度、新材料体系,电池越做越大等趋势,为电池安全带来了巨大挑战。中国科学院院士欧阳明高牵头的团队对锂电池进行深入研究,通过单体电压监测、可燃乙炔气体体预警、改善电解质、建立防火墙等法律最好的最好的办法来降低热失控概率和控制热扩散。车企方面,也在碰撞安全设计、监测、控制热蔓延等各方面加强电池的安全性。

左边是高比能需求,右边是安全性——动力电池从业者,时需在保持两边平衡的同去向前走。到目前为止,朋友 习得了哪几个“平衡术”?

对电动汽车长续航里程、快充的诉求,带来技术变革,而变革就会带来挑战。中国汽车技术研究中心首席专家王芳将其总结为四大挑战。

中国汽车技术研究中心首席专家王芳

首先,能量密度提升带来稳定性的挑战。电池系统的能量密度逐年攀升,从2015年的90瓦时/公斤,到现在的140多瓦时/公斤,问题也显而易见。“2016、2017、2018我分别测试了当时量比较大的国内外产品,包括三星、LG的电池,随着能量密度的提升,不管你的本体安全性如保去提升,电池的稳定性后要 变差。”王芳说。

第二,材料体系变化的挑战。现在的产品追求高比能,电池从磷酸铁锂往三元体系转变,从三元333、到532、再到811体系。这人变化带来的弊端是热失控时间不断提前,正极材料的释氧温度逐步降低,电池材料的热稳定性那么差。

第三,长续驶里程的挑战。提高续驶里程,除了改变材料体系,全都 在有限的空间里塞尽量多的电池,全都 就会由于着电池就会越做越大,必然会把电池的铝箔和铜箔做薄,同去隔膜也会做薄。但会 隔膜越薄,其抗穿刺能力就会越差,越容易被刺穿由于着电池短路。

第四,电池衰减后的安全性挑战。王芳指出,朋友 统计的事故中,有全都 后要 1万多公里之前 趋于稳定的。这就证明,电池是一三个白 多动态变化的过程。

这就由于着,在全生命周期内,电池的可用、可控和失控的评价面临巨大挑战。对电池的测试评价技术不可能 会是一三个白 多贯穿全生命周期的评价工程。在电芯的整个生命周期中,安全性会随着寿命的衰减而变化。在不同的循环周数下,电芯的内部管理状况和内部管理指标,也在趋于稳定变化。

电池的危险来自于热失控,应对电池热失控,首比较慢了解机理,找到表现形式。欧阳明高总结,造成电池热失控的由于着有一三个白 多,即内短路、正极释氧以及负极析锂。

中国科学院院士欧阳明高

○依靠BMS检测内短路

内短路又分为缓变型和突变型。欧阳明高介绍说,缓变型内短路,第一步表现是电压下降,到第二步才会有温升,最后形成热失控。对于缓变短路,在第一三个白 多过程即电压下降阶段通过故障诊断就可检测出,可正确处理它进一步恶化。例如,针对串联电池组,首先是从电压的一致性来进行分析,某一三个白 多电池电压下掉,说明这人电池有不可能 有内短路。但还那么确认一句话,加带入温度检测。

应对突变型内短路,例如一三个白 多微短路,能那么依靠可燃乙炔气体体传感器,它能那么做到大概提前3分钟进行热失控预警。也全都 说,通过BMS能那么有效检测出内短路。

○改进正极和电解质减少释氧

那么内短路依然会热失控。隔膜崩溃、正负极趋于稳定物质交换,即正极的释氧跑到负极,形成剧烈反应,引发热失控。要对材料进行改进,一三个白 多是正极材料,一三个白 多是电解质。欧阳明高举例说,正极材料能那么从多晶到单晶就能那么使释氧的温度提升1150度。电解质方面,能那么采用高浓度电解质,例如DMC(碳酸二甲酯)。

此外,从电解液的加带剂、高浓度电解质、新型电解质等方面还大有可为。

○充电控制减少析锂

电池全生命周期安全性最主要的影响因素是析锂,不可能 那么析锂衰减的电池安全性从不想变差。析锂多的放热大,挥发掉的锂会直接跟电解液趋于稳定剧烈反应,引发少量温升,能那么直接诱发热失控。

“负极电位与析锂相关,假若控制负极的过电势,就能那么保证不析锂。通过这人模型就能那么推导出不析锂的充电曲线。朋友 让它负极电势始终不低于零,能那么得到无析锂的最佳充电曲线。朋友 能那么用三电极标定这条曲线,全都 来做充电算法。”欧阳明高表示,朋友 不可能 跟企业媒体合作,利用这人算法能那么删剪实现不析锂。但会 这人是一三个白 多标定过程,随着时间的延长电池的衰减性能是会变的,全都 朋友 又做了反馈的无析锂的控制算法,也也从不一三个白 多多观测器来观测负极的过电势,实际全都 一三个白 多数学模型。

○控制热扩散

在欧阳明高看来,热失控整体来看还是有规律的。并联电池组热失控的内部管理是,第一三个白 多电池热失控后要 短路,造成电压下降;串联电池的热失控全都 一三个白 多热传导的过程;第三种生活状况是,刚结束是有序蔓延,上面是剧烈蔓延,这就会由于着立即爆炸、燃烧事故。

欧阳明高认为,电池只隔热是匮乏,还时需散热的设计。“利用防火墙技术,隔热、散热相配合,通过隔热将传热挡住,通过散热把能量带走。”

另外还三种生活生活热失控是喷发。从实验能那么看出,喷发有固态、液态、气态三态,这上面气态后要 许多可燃乙炔气体体,全都 燃料,固态是许多固态的颗粒,往往形成火焰。一般是整理颗粒物,就像传统汽车一样,把颗粒物通过过滤器进行捕集;全都 法律最好的最好的办法是稀释可燃乙炔气体体。

除了机理层面的控制,车企从整车深度1也制定了一系列正确处理方案,例如碰撞安全设计、 监测、控制热蔓延等。

○主动碰撞安全设计

会上,北汽新能源和一汽介绍了朋友 在碰撞安全方面的设计方案。

据北汽新能源工程研究院副院长代康伟介绍,北汽新能源对电池进行四级保护。

北汽新能源工程研究院副院长代康伟

首先,把电池设计成和整车的乘员舱一样是安全不可变形的区域;在电池互近设计出过渡区以及可变形区,为了吸收当车辆碰撞时能那么一定程度上来降低整车的碰撞深度1,这是第一层整车级的保护。

第二层PACK级,采用了高深度1铝型材的箱体设计,结合了朋友 拓补设计的优化点,确保PACK级有第二层的关于深度1的保护。

第三层是电气功能的保护,首先通过关于把BMS、BDU等高压切断装置的电气部件优化在电池包的中心,用来确保当整车碰撞时电气系统不至于受到太大的损坏,确保它的功能正常。同去把相关的碰撞信号以及相关的异常监测的信号引入到系统里,来确保电气在出現异常状况时不能主动的切断高压装置,来保护司乘人员的安全。

第四层在模组级,采用的高深度1的铝型材的模组设计,比普通铝型材深度1提升35%。同去在电芯与电芯之间、模组与PACK之间也设置了隔热的缓冲区,当车辆受到挤压时,尽不可能 保护电芯不至于受挤压。

一汽集团不仅对电池进行了防碰撞维护,还进行了高压断电保护。据一汽集团新能源开发院院长王德平介绍,一汽集团对电池进行了有点硬防护设计,保证车辆在降速时碰撞和托底时,电池不想可能 车的碰撞由于着电池变形。每个人面,一汽构建了双路高压断电的系统,即在高速车辆趋于稳定碰撞的之前 不可能 安全气囊刚结束工作的之前 ,同去需把整车高压的系统在1毫秒之内进行断电的正确处理,来确保整个高压系统的安全。

○实时监控数据

实时监测是新能源汽车车企必不可少的,会上,北汽新能源、一汽和蔚来都删剪介绍了朋友 的监测系统。

北汽新能源采用多点监测高压系统,来确保整车上所有的高压连接部位都不能得到监控,确保在所有绝缘失效模式下能那么被监测,同去主被动的放电技术能那么确保整车主动和被动的切断高压时,能那么立即将参与的电压进行泄放。

一汽集团的新能源汽车监测包括两方面,一方面是BMS监测,是将云端的监控系统的数据导到车辆BMS中,使其控制的精度和估算的精度更高,但会 不能实现提前故障预警。

一方面是电池热失控预警,即把云端历史数据、实时监控数据包括,环境的应力、系统的状况信息整合到同去,构建热失控预警开发的模型,再把哪几个预警的模型应用到整车的热失控系统上面。一是通过热失控模型预警的系统诊断,实现高压系统的维护,二是,车端、云端、仪表都能那么向驾驶员包括后台服务,提供热失控预警信息。

一汽集团新能源开发院院长王德平

蔚来汽车副总裁黄晨东也介绍了蔚来汽车的监测系统。蔚来监测电池最基础的电压、温度以及健康程度。

在BMS的层面,蔚来进行实时监测,所含一三个白 多重点:一是做事件的监测,比如说电芯、电池的、电池组;比如说温度、电压、内部管理的抗阻等;二是数据的监测,即统计差异性,数据是后要 正态分布。

黄晨东介绍说,蔚来的电池安全监测和预警系统,即便汽车在休眠的过程中,也仍然能那么监测数据。“所有的大数据都进入到云端,云端能那么进行自动分析,不可能 发现任何的异常,就会预警,朋友 就会来审议但会 分析,不可能 把这人电池召回,不可能 朋友 能那么从客户那边去把这人电池替换下来。”

○控制热蔓延保证司乘人员安全

北汽新能源代康伟介绍,北汽新能源针对电池热失控、热扩展领域,正联合行业内优质资源做许多热扩展路径的分析,以及热扩展阻断技术的研究,以期未来真正趋于稳定热失控时有较长热蔓延扩展的时间,使司乘人员获得足够的逃生时间。

蔚来采用绝缘材料来杜绝电池的热蔓延。“在最上层朋友 采用许多空间正确处理烟跑出,在下部朋友 比较慢去控制,但会 朋友 会一三个白 多多冷却板或冷却垫,朋友 不可能 使用全都 的乙炔气体体,不能很好的控制。”黄晨东说。

此外,黄晨东还介绍说,朋友 未来设计后要 杜绝电芯和电芯之间的热传递,在模块的绝缘当所含防火墙的设计,会杜绝热传递;在电池组的设计当中,会有相应的烟道的设计,来杜绝二次的损失。

蔚来汽车副总裁黄晨东

一汽集团的法律最好的最好的办法则更为主动。朋友 采用主动的灭火系统。采用特殊灭火介质对易趋于稳定热失控的动力电池进行灭火,实现热扩散控制。不过王德平介绍说,系统目前还是趋于稳定开发的阶段,还那么正式的用到的产品上,这套系统全都 期的实验状况来看,有很大的效果。一方面,通过系统能那么主动的对热失控的模组和单体进行灭火的实验,每个人面,不可能 所采用的灭火介质是高热熔比的介质,它的吸热量很大,通过这人吸热不能降低电池包内的温度,从而不能隔断电池包内的发热引起车内内室着火的问题。

业界不可能 从关注新电池的安全,到关注电池全生命周期的安全;从冒烟、着火的事中正确处理,到热失控机理研究;从热扩散疏导热量,到主动灭火探索……这说明朋友 对锂电池的认识在不断深化。不过,动力电池比能量和安全性的平衡术,随着比能量的不断提升,全行业还有漫漫前路要走。

来源:盖世汽车大V说 作者:电动车观察家 *本文由盖世汽车大V说专栏作者撰写,朋友 为本文的真实性和中立性负责,观点仅代表每个人,不代表盖世汽车。本文版权归原创作者和盖世汽车所有,禁止转载,违规转载法律必究。