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动力电池安全四大挑战 北汽/一汽/蔚来如何接招?

作者:中国储能网新闻中心 来源:高工电动车 发布时间:2019-10-12 浏览:
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中国储能网讯:电动汽车保有量增加,长续航里程对电池能量密度的要求提升、快充需求等趋势下,新能源汽车安全事故呈上升趋势。2019年包括特斯拉等明星车企电动汽车频繁自燃,安全事故已经成为阻碍电动汽车市场化的绊脚石。

中国科学院院士欧阳明高教授直言:“安全事故已经成为当前新能源汽车发展的致命隐患,必须尽快解决。”

分析近三年140起电动汽车起火事件,不难发现原因主要包括三种:一是充电或过充电;二是泡水及机械类碰撞,尤其是电动汽车使用过程中机械可靠性及安全性降低;三是自燃,包括内短路、热失控等,最终在电池部位自燃。

而这些安全事故近6成是电池安全问题造成的,因此电池安全也成为整个新能源汽车安全的核心。

中汽中心王芳指出,电动汽车长续航、快充需求下,动力电池面临能量密度提升、材料体系变化、电池容量导致电芯变大、生命周期内电池衰减等四大挑战。其中材料体系从333、532、到811,必然导致电池热稳定性变化、热失控时间的提前及释氧量变化,这些必须得到妥善解决保障电池安全。

电池安全也成为摆在车企 眼前的一道必答题。就在不久前国家政策层面果断出手,国家市场监督总局明确指出,生产者在获知生产、销售或进口的新能源车发生冒烟、起火事故时需在12小时内报告事故基本信息,造成人员伤亡的报告时间缩短至6小时。

在此背景下,在近日的2019IBSW国际安全大会上,北汽新能源代康伟、一汽王德平、蔚来汽车黄晨东3家传统车企及造车新势力代表企业,针对碰撞安全、热安全、高压电安全、电气安全、安全验证等动力电池多领域分享了其所在车企的策略及技术。

其中,北汽新能源在电池包、Pack、电气功能、模组四大领域设计保障电池碰撞安全;一汽构建了电池安全、整车安全、充电安全、使用安全四重安全防护体系;蔚来汽车也实现全天候监测数据,大数据分析异常预警,将异常电池召回或更换。

此外,业内的一致共识是,电动车安全事故尤其是动力电池安全事故,在做好电池安全的同时,还需跟整车、关联部件、日常使用维护,围绕整个电动车使用生命全生态去开发去维护,才能保障整个动力电池系统的安全。

北汽新能源:电池包/PACK/电气功能/模组四重保障碰撞安全

北汽在近期的天津中汽研三车联合碰撞试验中,实现电池、电气安全功能正常且不着火、不爆炸。北汽新能源代康伟指出,北汽在电池、Pack、电气功能、模组四大领域设计保障动力电池碰撞安全,为其电动车碰撞电池安全形成四重屏障。

其中在电池包设计上,北汽新能源将电池设计成与整车乘员舱一样,成为安全不可变形的区域,并在电池周围设计了过度区及可变形区,在车辆碰撞时,可一定程度上降低整车的碰撞强度。

北汽新能源代康伟,北汽还在电池热安全、高压安全、EMC等多领域深入研究。其中热安全上,北汽验证方式是外部火烧,800度温度下火烤20分钟,远超国标数十倍。在内部的热失控、热扩展领域,北汽联合行业优质资源,在做热扩展路径分析,以及热扩展阻断技术的研究,以期未来真正发生热失控有较长的热蔓延扩展时间,给用户足够的逃生时间。

在高压电安全领域,通过多点的高压检测系统,可保证整车上所有的高压链接部位得到监控。整车绝缘监测系统的建立能够确保绝缘失效模式可被监测,同时主动与被动的放电技术保证整车主动和被动的切断高压时立即参与电压泄放。

EMC安全领域,针对复杂环境的EMC场景,北汽也建立了完整的开发体系,在系统层面布局了仿真和测试相结合的技术,优化相关零部件的布置,同时通过端口的铝箔和保护的技术,针对零部件、EMC的技术研究,不仅降低零部件级电磁发射,同时有效提升了零部件级电磁的抗干扰能力,确保整车经过复杂电池环境依然保持良好的通讯状态。

一汽:构建电池/整车/充电/使用四重安全防护体系

动力电池安全事故发生主要是五个方面的失效影响。第一,电芯的失效;第二,BMS的失效;第三,绝缘系统的失效;第四,机械与密封的失效;第五,连接的失效。

一汽集团王德平表示,在电芯失效中,从失效模式来讲,方式很多样,包括漏液、析锂、变形、过热、过充。从使用条件看,既有低温快充的技术,也包括外部挤压、碰撞等使用条件,均会诱发电芯失效。从失效机理看,有活性材料的结构变化相变,过度金属的溢出、碰撞等等,概括起来主要体现三个方面:一是短路,二是负极的析锂,三是正极释氧。

他进一步指出,一汽构建了一个四重的安全防护体系:电池的安全、整车的安全、充电的安全、使用的安全,确保整个动力电池系统在全生命周期使用安全。并从电池碰撞安BMS优化、电池热失控预警、主动的灭火系统、IP防护防水安全设计、电池寿命优化评估等多领域重点介绍一汽新能源汽车电池安全“秘诀”。

第一碰撞安全设计。王德平表示一汽与北汽在这方面的工作有很多类似。一方面低速时在车辆碰撞或托底碰撞时,电池不因为车的冲击或碰撞导致电池变形。另一方面,一汽构建一个双路的高压断电系统,在高速发生碰撞时安全气囊开始工作时,同时把整车高压系统在1毫秒内进行断电处理,确保整个高压系统安全。

第二BMS优化。依托内部车辆数据监控系统,一汽将云端数据导入到BMS中。构建寿命模型、电池实时状态估计,丰富BMS功能,使其控制精度和估算精度更高,实现提前的故障预警。

第三电池热失控的预警。将云端历史数据、包括环境的应力、系统的状态等实时监控数据信息整合,构建了热失控预警开发的模型,将其应用到整车的热失控系统,一方面通过热失控模型预警的系统诊断,实现高压系统的维护。

第四电池寿命优化评估。围绕车端和用户构建一个以数据为基础的面向用户的电池容量的评估模型,再把电池容量评估模型引入,评判安全程度优化并确保车辆安全使用。

此外,还有主动的灭火系统、IP防护防水安全设计、产品实验验证、全生命周期服务及产品运营状态监控等多领域保证动力电池安全。

蔚来汽车:全天候实时监测保障电池安全

针对电池安全,蔚来汽车汽车不断在BMS、电池等领域试验,并已取得部分成绩。其中电池层面,蔚来汽车有安全且精确的智能系统,精确SOC的预计,及电池的安全监测及预警系统。

在BMS层面,蔚来汽车做好了三方面的工作,第一,电池生命管理系统,这是一个以数据为基础的优化设计系统;第二实时监测系统,全天候监测,即便车辆在睡眠过程中如停在停车场仍然可以实时监测电池状况;第三是电池的资产建模BM,用来做层级分析。

为防止电池组热蔓延或热失控,蔚来汽车重点在技术、监测、损害控制等方面攻克,具体包括自主研发模组及保护体系,实时监测电池电压及温度,电芯使用陶瓷隔膜,在保险丝、SSD及排风口、模型、模块环节加绝热板或控制板。

蔚来汽车黄晨东介绍,在实时监测中,蔚来汽车即便汽车在休眠的过程中,仍然可以监测数据,所有的大数据进入到云端,云端可以进行自动的分析,如果发现任何异常,就会预警。通过审议并且分析,蔚来汽车将把电池召回,或是将电池更换。

他进一步指出,未来设计优化中,蔚来汽车将在杜绝电芯间热传递、模组绝缘防火墙设计来阻碍热传递,并在电池组设计中加入相应的烟道设计来杜绝二次损失。他进一步表示,蔚来汽车还将加入相应的灭火装置和设计。

关键字:动力电池

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