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和燃油车大不同 电动汽车电池性能和安全要点

2018-12-01 13:07 来源: 电动知家

新能源汽车的电池是一个复杂的系统,包括单个的电芯,电芯组成的电池包再加上热管理系统。

电芯层面

和燃油车大不同 电动汽车电池性能和安全要点

▲单个电芯

锂电池以高功率密度、高能量密度、寿命长、环保在电动汽车电池中广泛应用。

能量密度越高的电池,越不稳定。锂离子电池的危险性,主要体现在热失控,俗称失火。

电芯由正极材料、负极材料、电解液构成。锂离子电池在封闭空间中既有还原剂又有氧化剂,不需要外界空气就可以充分自燃 。

在电池原理上未有突破的情况下,我们短期能做的就是尽可能地提高电芯稳定性、安全性。

当下的技术手段主要是提高正、负极材料的稳定性,在电解液中采用阻燃添加剂,采用高安全性隔膜,降低隔膜热收缩率、提高隔膜崩溃温度,降低针刺与过充下热失控的保护装置。

如何隔离开发生热失控的电芯也是一个难题。当热失控发生,如果能够将发生问题的电芯或模组隔离开,就能够有效降低损失,避免自燃。

电池包层面,即PACK层面

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▲电池包及模组

单个电芯的容量比较低,需要很多个电芯集成成模组、一个电池系统包含多个模组。通常一个电池系统中包含上百个,甚至上千个电芯。

和燃油车大不同 电动汽车电池性能和安全要点

▲特斯拉电池模组

如果说电芯层面是在关注电池本身的特性,那么PACK层面则重在关注电池与环境的关系,包括加热、挤压、针刺、浸水、震动等等。

PACK层面的安全性,主要由国家/国际标准来保证。

国家标准:GB/T 31485-2015,GB/T 31467.3-2015,GB/T 31498-2015等

国际标准:ISO 12405-2014,IEC 62133-2015, UL 2580-2010

核心:以GB/T 31485-2015,IEC 62133,SAE J2464

只有通过机械安全设计和电气安全设计,才满足严格的测试标准。防护结构、防水设计、防呆设计、防火阻燃设计,接触防护、外短路防护、过流保护设计、高压互锁检测、绝缘检测。

理论上讲,通过层层测试的都不会有什么问题,但仅仅是理论上:

系统架构不合理:对外部系统有依赖、所设计的架构开发难度过高

可靠性未达标:硬件的可靠性未达到相应风险的严格程度

开发流程不合理:软件开发流程、开发人员资质、测试验证的独立性

都是潜藏的不安全因素。

电池包的设计制造自然是避免热失控的基本要求,相关措施包括改善电池包的框架设计如降低电池包振动、防火层阻隔、加装钢板、防水防尘等等。

爱驰汽车在电池包的结构上采用了“三明治结构”。

动力电池的冷却方式主要分为风冷与液冷,这与汽柴油发动机非常相似。无论是汽柴油车还是纯电动车,风冷都是最为经济、最为轻便的解决方案,然而空气的比热容非常有限,水冷这个更为高效的解决方案成为业界公认的高阶结构。

然而,“水”与“电”可是一对不愿握手见面的矛盾体,电池水冷结构的安全性成为了业界的难题。为了同时实现高效温控与安全防护,爱驰汽车对其“三明治哲学体系”进行了技术开发,让电池包内的模组成为“两片面包”之间夹着的部分。

和燃油车大不同 电动汽车电池性能和安全要点

▲爱驰汽车的电池包

爱驰汽车经过大量的分析和调研,通过采用低密度、高传热效率的导热材料,完美解决了热传导的难题。从实测的结果看,采用A/B/C三明治结构的电池包,其散热效果与没有B隔离板的电池包基本一致。

电池三明治电池的电池模组(A主料)所在的箱体是独立密封的,下部的整体焊接成型的冷却板(C酱料)被隔离到另外一个独立密封的箱体中,两个箱体之间还有隔离板(B隔层)。

和燃油车大不同 电动汽车电池性能和安全要点

▲爱驰汽车的车身及电池模块组

系统层面

所谓热失控是是由各种诱因引发的链式反应,发热量可使电池温度升高上千度,造成自燃。一旦电池的管理不当,后果会是灾难性的。

热失控的诱因有三类,分别是机械电气诱因、电化学诱因和热诱因。

热失控的诱因是多元的,为此需要做出多重的预防措施,来避免热失控的发生。从电芯的设计和生产,电池包结构设计,电池管理BMS算法开发等多个方面的研究

和燃油车大不同 电动汽车电池性能和安全要点

▲BMS系统框架

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