操练动力电池安全VS比能量平衡术
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车企的解决方案
除了机理层面的控制,车企从整车角度也制定了一系列解决方案,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他们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;在电池周围设计出过渡区以及可变形区,为了吸收当车辆碰撞时可以一定程度上来降低整车的碰撞强度,这是第一层整车级的保护。
第二层PACK级,采用了高强度铝型材的箱体设计,结合了我们拓补设计的优化点,确保PACK级有第二层的关于强度的保护。
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过多的损坏,确保它的功能正常。同时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,来确保电气在出现异常情况时能够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,采用的高强度的铝型材的模组设计,比普通铝型材强度提升35%。同时在电芯与电芯之间、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特别防护设计,保证车辆在低速碰撞和托底时,电池不因为车的碰撞导致电池变形。另一方面,一汽构建了双路高压断电的系统,即在高速车辆发生碰撞的时候如果安全气囊开始工作的时候,同时要把整车高压的系统在1毫秒之内进行断电的处理,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、一汽和蔚来都详细介绍了他们的监测系统。
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能够得到监控,确保在所有绝缘失效模式下可以被监测,同时主被动的放电技术可以确保整车主动和被动的切断高压时,可以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,并且能够实现提前故障预警。
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、系统的状态信息整合到一起,构建热失控预警开发的模型,再把这些预警的模型应用到整车的热失控系统里面。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、仪表都可以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,包含两个重点: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、内部的抗阻等;二是数据的监测,即统计差异性,数据是不是正态分布。
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,也仍然可以监测数据。“所有的大数据都进入到云端,云端可以进行自动分析,如果发现任何的异常,就会预警,我们就会来审议并且分析,或者把这个电池召回,或者我们可以从客户那边去把这个电池替换下来。”
○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一些热扩展路径的分析,以及热扩展阻断技术的研究,以期未来真正发生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。“在最上层我们采用一些空间防止烟跑出,在下部我们很难去控制,但是我们会有一个冷却板或冷却垫,我们如果使用这样的液体,能够很好的控制。”黄晨东说。
此外,黄晨东还介绍说,他们未来设计还会杜绝电芯和电芯之间的热传递,在模块的绝缘当中有防火墙的设计,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
一汽集团的措施则更为主动。他们采用主动的灭火系统。采用特殊灭火介质对易发生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,系统目前还是处于开发的阶段,还没有正式的用到的产品上,这套系统从前期的实验情况来看,有很大的效果。一方面,通过系统可以主动的对热失控的模组和单体进行灭火的实验,另一方面,因为所采用的灭火介质是高热熔比的介质,它的吸热量很大,通过这种吸热能够降低电池包内的温度,从而能够隔断电池包内的发热引起车内内室着火的现象。
我们发现,业界已经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、着火的事中处置,到热失控机理研究;从热扩散疏导热量,到主动灭火探索……这说明人们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。
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