以下是某會(huì )議的精髓,提出探討動(dòng)力電池十大安全問(wèn)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(gè)問(wèn)題中挑選3個(gè)核心問(wèn)題進(jìn)行重點(diǎn)討論,并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(guò)標準化可以改善幾個(gè)方面:
(1)設計方面,把電芯的設計問(wèn)題集中暴露,集中處理;
(2)生產(chǎn)設備方面,設備的標準化程度也會(huì )相應高一些,設備企業(yè)產(chǎn)品迭代會(huì )更快;
(3)持續改進(jìn)和經(jīng)驗推廣,通過(guò)標準化,可以把優(yōu)秀的設備配套商和零配件配套商的經(jīng)驗向行業(yè)推廣,這樣整體提高了電池行業(yè)的安全技術(shù)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(dòng)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(chǎng)商做同一個(gè)標準的電芯,電芯成本會(huì )下降,安全性會(huì )提高。從緊迫性和可實(shí)現性來(lái)看,是比較緊迫也比較容易實(shí)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(lái),因為電池就是電化學(xué)里能斯特方程的溫度,正極是正相關(guān),負極是負相關(guān),電壓差是正極減負極的話(huà)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(gè)方面,焊接工藝不一樣會(huì )導致內阻的不均衡上升,所以從這幾個(gè)維度來(lái)提高它的成組安全。
F組:PACK的電管理、熱管理
安全性問(wèn)題最終要歸結為電池模塊,運用系統論的方法來(lái)考慮電芯和PACK的安全問(wèn)題,BMS要對每個(gè)電芯做精確的檢測、管控和預警。
同時(shí)也不能因為只考慮電池的安全問(wèn)題,而忽略了它的壽命,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(méi)有好的壽命,就失去了利用鋰電池的理由。
3.電池管理的解決思路
C組:BMS安全策略
將電池系統分級并制定相應的安全目標,根據目標制定測量、識別、處理的安全策略并進(jìn)行驗證。如果行業(yè)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(jìn)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(shí)滅火機制和裝置,如一發(fā)現火情,馬上啟動(dòng)滅火裝置滅火。4.設計安全的解決思路
F組:體系設計科學(xué)、合理,生產(chǎn)過(guò)程控制
各種電池材料、電池結構均有優(yōu)缺點(diǎn),只是對安全性影響的程度不同而已,只要設計科學(xué)、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(dòng)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(chē)輛充電完成80%-90%時(shí)做大電流檢測,通過(guò)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(chǎng)前,都會(huì )做一個(gè)大電流的脈沖充電和放電,在充電的末端做一個(gè)大電流的脈沖充電,在放電的末端做一個(gè)大電流的脈沖放電,通過(guò)這個(gè)方法,把電池組合中不一致的地方找出來(lái),可能是電芯的問(wèn)題、可能連接有問(wèn)題、也可能是數據線(xiàn)有問(wèn)題,這些大電流脈沖會(huì )明顯的顯示出一些異常。
把這種方法應用到用戶(hù)端,因為用戶(hù)端除了充電樁外沒(méi)有什么可檢測的手段。
D組:充電初期對電池進(jìn)行電流脈沖檢測
對于不同電池的SOE、SOH充電的電流,在充電初期對它進(jìn)行電流的脈沖檢測,發(fā)現不一致性,提前發(fā)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(shí)候電池PACK的溫度可能已經(jīng)上升了10°或者15°,導致電池的電壓不均衡,所以在均衡的時(shí)候檢測它的不一致性可能誤差更小。
另外,對BMS進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷、檢測,對車(chē)、充電樁、電網(wǎng)這三方進(jìn)行協(xié)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(tài)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,如特斯拉的設計里可以看到,確實(shí)在一定程度上能夠延緩熱失控的過(guò)程,延緩單體熱失控到整組熱失控的過(guò)程。
(2)增加人員逃生時(shí)間方面,主動(dòng)做些檢測:
煙霧的檢測、化學(xué)成分的檢測、熱的檢測等,通過(guò)檢測發(fā)現早期單體熱失控,并給駕駛員和乘客發(fā)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(guò)限功率的模式,讓車(chē)子有一定的動(dòng)力,但動(dòng)力很弱,可以靠邊停車(chē)做處理。
(4)增加滅火設備:
目前電動(dòng)客車(chē)國標正在推動(dòng)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(huì )增加防爆閥,如果噴射大量氣體或者氣凝膠出來(lái),它會(huì )導致內部壓力增大,可能把防爆閥沖破,會(huì )帶來(lái)另外一個(gè)問(wèn)題。
如果誤檢測單體熱失控,把這些東西噴出來(lái),可能會(huì )導致整組電池的報廢,如果噴出來(lái)的氣體、液體或半凝膠物質(zhì)對電池無(wú)危害會(huì )是比較好選擇,希望有這種材料能夠達到這種效果。
(5)整車(chē)設計:
在整車(chē)設計方面要增加安全逃生裝置,電動(dòng)車(chē)和傳統車(chē)不一樣,電池作為電動(dòng)車(chē)的唯一動(dòng)力來(lái)源,在熱失控的情況下如果通過(guò)切斷動(dòng)力的方式停電,車(chē)門(mén)有可能會(huì )打不開(kāi),所以在整車(chē)設計上如果能增加可以快速、方便打開(kāi)的逃生門(mén)或者其他的逃生裝置也是個(gè)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(chē)的VCU對出現的問(wèn)題做響應。車(chē)在出現安全問(wèn)題時(shí),可以讓司機靠邊停車(chē),或者是做一些相應的動(dòng)作,并把VCU收集到的BMS信息上傳到云端進(jìn)行大數據分析,VCU有個(gè)智能學(xué)習的過(guò)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家的相關(guān)法律規定是非常緊急和必要的
現在車(chē)輛很多問(wèn)題都出在沒(méi)有日常維護的標準或沒(méi)有國家強制檢測的標準。傳統車(chē)都有強制檢測,電動(dòng)車(chē)作為新生事物,相關(guān)的安全性、可靠性還沒(méi)有達到傳統車(chē)的級別,究竟每隔3個(gè)月,6個(gè)月,還是1年進(jìn)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(guān)的標準。
現在整車(chē)廠(chǎng)更多的賣(mài)點(diǎn)是電動(dòng)車(chē)不用維護,但實(shí)際上這完全與安全的意識背道而馳,因此,國家應該制定強制檢測的標準,整車(chē)廠(chǎng)也應該有強制檢測的項目要求。
從可行性上來(lái)講,國家或行業(yè)制定相關(guān)的標準,整車(chē)廠(chǎng)制定檢測、維護的項目或手冊,執行起來(lái)比較容易。
9.安全保護的解決思路
E組:過(guò)充、過(guò)熱、連接安全問(wèn)題
(1)過(guò)充問(wèn)題的解決
通過(guò)BMS、充電機、VCU保護,最簡(jiǎn)單的是通過(guò)BMS來(lái)保護,如果BMS不起作用還可以通過(guò)充電機來(lái)保護,還可以通過(guò)整車(chē)VCU來(lái)介入。關(guān)于過(guò)充的問(wèn)題,從技術(shù)上來(lái)解決的話(huà)是比較容易解決的,而且效果也比較明顯。
(2) 過(guò)熱問(wèn)題的解決
在充電過(guò)程中,由于電芯本體的過(guò)熱或者連接阻抗過(guò)大導致的過(guò)熱也會(huì )引起熱失控。關(guān)于過(guò)熱的問(wèn)題主要從兩個(gè)方面來(lái)解決,一是減小電芯的密度、減小連接阻抗,這從本質(zhì)上去降低風(fēng)險;第二個(gè)是加強散熱,我們希望在充電過(guò)程中能采取更有效的散熱措施,比如說(shuō)通過(guò)加強風(fēng)冷或液冷的措施,可以降低充電過(guò)程中熱失控的可能性,還有溫度采樣的問(wèn)題,溫度采樣要準確,怎么樣有效可靠地采樣出溫度點(diǎn),這可能要跟我們的熱仿真和實(shí)際測試結果做一下匹配。
(3)連接故障的解決
前段時(shí)間在上海發(fā)生了一起事故,飛線(xiàn)連接充電起火,還有在地下車(chē)庫充電起火的事故,其實(shí)都是跟充電連接的關(guān)系非常大。充電連接充電槍的插頭,還有普通車(chē)載充電機的插頭,如果長(cháng)期使用,如果連接不可靠會(huì )過(guò)熱起火。目前在充電國標里已經(jīng)有要求了,在充電槍上會(huì )增加溫度傳感器,來(lái)采集充電過(guò)程中充電槍的溫度。
還有充電槍和插頭插座的壽命要經(jīng)過(guò)嚴格的計算和驗證,要能夠滿(mǎn)足整車(chē)的使用壽命要求。日常的檢查和維護,能夠判斷出來(lái)插頭插座的接觸是不是已經(jīng)降低到一個(gè)數字之下,如果已經(jīng)降低到安全數值之下,那么肯定要更換,通過(guò)這幾種方式解決充電連接問(wèn)題。
10.安全級別劃分的解決思路
C組:產(chǎn)業(yè)鏈合作,整車(chē)廠(chǎng)和零配件企業(yè)建立專(zhuān)業(yè)化分工和協(xié)作體系
按照汽車(chē)行業(yè)的要求,從APQP、PPAP等環(huán)節按照汽車(chē)行業(yè)的要求實(shí)施,分工、職責明確,實(shí)現產(chǎn)品全壽命周期可監控、可追溯,從合作模式改變方面來(lái)提高動(dòng)力電池的安全水平。 |