隨著純電動汽車快速普及,保有量大幅增加,電池PACK起火、自燃、爆炸事件頻發,熱失控成為影響動力電池安全的最大誘因。
電池會起火,原因主要包括電池部件老化、外部碰撞、高溫天氣、電池熱失控、高負荷等五個方面。外部碰撞和高溫天氣屬于外因,電池部件老化、電池熱失控、高負荷則與動力電池質量、熱管理系統等相關,往往是自燃的直接導火索。
現在常見的解決電池PACK熱失控難題的方法,主要分為主動安全設計和被動安全設計:
主動安全設計:
熱失控檢測:通過溫度,電壓的監測結合定時喚醒的功能,能在電池包熱失控發生前,向車輛發出報警,保證人員人身安全
電壓檢測:進行實時單體電壓檢測,根據電芯性能,設定電壓閾值和壓降速率閾值來定義熱失控是否發生
溫度檢測:測定實時模組溫度,根據電芯性能,設定高溫閾值和溫升速率閾值來定義熱失控是否發生
防誤報設計:為了防止誤報,對檢測時間和檢測條件進行了冗余設計,以增加策略判斷的可靠性
喚醒策略:BMS休眠后,每隔一定時間自動喚醒,喚醒后檢測當前溫度和電壓值
被動安全設計:
電氣絕緣耐壓設計:如出現絕緣失效會造成嚴重的短路情況,為避免二次絕緣失效,通過客戶需求的最大工作電壓Vmax,以及工作海拔來做相應的絕緣設計
雙重絕緣設計:電芯本身有一層絕緣電芯藍膜及電芯頂貼片可以滿足絕緣耐壓要求,端側板與電芯間、電芯與底部安裝面間均有絕緣紙進行防護
結構安全測試:像震動、沖擊、包括碰撞等問題相對好解決,如長周期出現才能監測到的問題,就通過端板和側板模組的焊接測試,根據模組循環與膨脹力的關系,設計模組端側板的焊接強度要求和指標。
熱失控防護方案:通過熱失控防護設計,實現電池包熱失控的5重防護:傳感器提前預警、電芯間的隔熱設計、模組間增加阻熱間隔、引導熱失控排氣按照特定通道排出、優化防爆閥選型,最終實現電池包的“0”熱蔓延(即單個電芯熱失控,不會蔓延至相鄰電芯或模組)
除此之外,還有增加高耐熱PET、芳綸等防護隔膜、通過主要原材優選及有效改性來增強電芯的熱穩定性、加入電解液阻燃添加劑等方式,來增加電池PACK的安全系數,降低熱失控概率。
但無論是增加隔膜還是監測,幾乎都屬于事后的防護手段。要有效抑制電池PACK的熱擴散和熱蔓延,從源頭出發,讓單體電池不發生熱失控或許是“最優解”。
暢能達電池熱管理方案
電池PACK會發生熱擴散和熱蔓延的根本原因,是單體電池運行過程中,上下溫差過大(甚至達到15度)導致熱量聚集,熱失控后再通過模組中電芯之間極小的間距迅速擴散,造成起火等安全事故。
暢能達針對此問題,在內置電池中的裸電芯和電芯封裝層之間設置均熱層,其中嵌入 VC 均熱板。電池充電時,做到內部均勻熱量、外部冷卻降溫,從而降低內置電池整體溫度。同時,均熱層可取代目前電芯中常用的熱熔膠層,不會占用電池內部空間,解決散熱結構引入對電芯能量密度的損失。
采用相變熱控技術能夠有效提升電池熱導率,實現精準控溫,是突破電池PACK熱擴散瓶頸的關鍵!通過這一技術,電池上下溫差可降低至2度左右,甚至能達到原有充電倍率3倍的效果。
電池安全是新能源車型安全的核心,只有解決電池PACK的熱失控擴散痛點,提升整體安全系數,才能促進行業良性發展。
審核編輯 黃宇
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