鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:642次 | 2022年06月24日
看北汽/一汽/蔚來(lái)如何"接招"動(dòng)力鋰電池安全挑戰(zhàn)
電動(dòng)汽車(chē)保有量新增,長(zhǎng)續(xù)航里程對(duì)電池能量密度的要求提升、快充需求等趨勢(shì)下,新能源汽車(chē)安全事故呈上升趨勢(shì)。2019年包括TSLA等明星車(chē)企電動(dòng)汽車(chē)頻繁自燃,安全事故已經(jīng)成為阻礙電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)化的絆腳石。
我國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高教授直言:"安全事故已經(jīng)成為當(dāng)前新能源汽車(chē)發(fā)展的致命隱患,必須盡快解決。"
分析近三年140起電動(dòng)汽車(chē)起火事件,不難發(fā)現(xiàn)原因重要包括三種:一是充電或過(guò)充電;二是泡水及機(jī)械類(lèi)碰撞,尤其是電動(dòng)汽車(chē)使用過(guò)程中機(jī)械可靠性及安全性降低;三是自燃,包括內(nèi)短路、熱失控等,最終在電池部位自燃。
而這些安全事故近6成是電池安全問(wèn)題造成的,因此電池安全也成為整個(gè)新能源汽車(chē)安全的核心。
中汽中心王芳指出,電動(dòng)汽車(chē)長(zhǎng)續(xù)航、快充需求下,動(dòng)力鋰電池面對(duì)能量密度提升、材料體系變化、電池容量導(dǎo)致電芯變大、生命周期內(nèi)電池衰減等四大挑戰(zhàn)。其中材料體系從333、532、到811,必然導(dǎo)致電池?zé)岱€(wěn)定性變化、熱失控時(shí)間的提前及釋氧量變化,這些必須得到妥善解決保障電池安全。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
電池安全也成為擺在車(chē)企眼前的一道必答題。就在不久前國(guó)家政策層面果斷出手,國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督總局明確指出,生產(chǎn)者在獲知生產(chǎn)、銷(xiāo)售或進(jìn)口的新能源車(chē)發(fā)生冒煙、起火事故時(shí)需在12小時(shí)內(nèi)報(bào)告事故基本信息,造成人員傷亡的報(bào)告時(shí)間縮短至6小時(shí)。
此背景下,在2019IBSW國(guó)際安全大會(huì)上,北汽新能源代康偉、一汽王德平、蔚來(lái)汽車(chē)黃晨東3家傳統(tǒng)車(chē)企及造車(chē)新勢(shì)力代表公司,針對(duì)碰撞安全、熱安全、高壓電安全、電氣安全、安全驗(yàn)證等動(dòng)力鋰電池多領(lǐng)域分享了其所在車(chē)企的策略及技術(shù)。
其中,北汽新能源在電池包、Pack、電氣功能、模組四大領(lǐng)域設(shè)計(jì)保障電池碰撞安全;一汽構(gòu)建了電池安全、整車(chē)安全、充電安全、使用安全四重安全防護(hù)體系;蔚來(lái)汽車(chē)也實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),大數(shù)據(jù)分析異常預(yù)警,將異常電池召回或更換。
此外,業(yè)內(nèi)的一致共識(shí)是,電動(dòng)汽車(chē)安全事故尤其是動(dòng)力鋰電池安全事故,在做好電池安全的同時(shí),還需跟整車(chē)、關(guān)聯(lián)部件、日常使用維護(hù),圍繞整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)使用生命全生態(tài)去開(kāi)發(fā)去維護(hù),才能保障整個(gè)動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)的安全。
北汽新能源:電池包/PACK/電氣功能/模組四重保障碰撞安全
標(biāo)稱(chēng)電壓:28.8V
標(biāo)稱(chēng)容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
北汽在2019年的天津中汽研三車(chē)聯(lián)合碰撞試驗(yàn)中,實(shí)現(xiàn)電池、電氣安全功能正常且不著火、不爆炸。北汽新能源代康偉指出,北汽在電池、Pack、電氣功能、模組四大領(lǐng)域設(shè)計(jì)保障動(dòng)力鋰電池碰撞安全,為其電動(dòng)汽車(chē)碰撞電池安全形成四重屏障。
其中在電池包設(shè)計(jì)上,北汽新能源將電池設(shè)計(jì)成和整車(chē)乘員艙相同,成為安全不可變形的區(qū)域,并在電池周?chē)O(shè)計(jì)了過(guò)度區(qū)及可變形區(qū),在車(chē)輛碰撞時(shí),可一定程度上降低整車(chē)的碰撞強(qiáng)度。
北汽新能源代康偉,北汽還在電池?zé)岚踩?、高壓安全、EMC等多領(lǐng)域深入研究。其中熱安全上,北汽驗(yàn)證方式是外部火燒,800度溫度下火烤20分鐘,遠(yuǎn)超國(guó)標(biāo)數(shù)十倍。在內(nèi)部的熱失控、熱擴(kuò)展領(lǐng)域,北汽聯(lián)合行業(yè)優(yōu)質(zhì)資源,在做熱擴(kuò)展路徑分析,以及熱擴(kuò)展阻斷技術(shù)的研究,以期未來(lái)真正發(fā)生熱失控有較長(zhǎng)的熱蔓延擴(kuò)展時(shí)間,給用戶足夠的逃生時(shí)間。
在高壓電安全領(lǐng)域,通過(guò)多點(diǎn)的高壓檢測(cè)系統(tǒng),可保證整車(chē)上所有的高壓鏈接部位得到監(jiān)控。整車(chē)絕緣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立能夠確保絕緣失效模式可被監(jiān)測(cè),同時(shí)主動(dòng)和被動(dòng)的放電技術(shù)保證整車(chē)主動(dòng)和被動(dòng)的切斷高壓時(shí)立即參和電壓泄放。
EMC安全領(lǐng)域,針對(duì)復(fù)雜環(huán)境的EMC場(chǎng)景,北汽也建立了完整的開(kāi)發(fā)體系,在系統(tǒng)層面布局了仿真和測(cè)試相結(jié)合的技術(shù),優(yōu)化相關(guān)零部件的布置,同時(shí)通過(guò)端口的鋁箔和保護(hù)的技術(shù),針對(duì)零部件、EMC的技術(shù)研究,不僅降低零部件級(jí)電磁發(fā)射,同時(shí)有效提升了零部件級(jí)電磁的抗干擾能力,確保整車(chē)經(jīng)過(guò)復(fù)雜電池環(huán)境依然保持良好的通訊狀態(tài)。
一汽:構(gòu)建電池/整車(chē)/充電/使用四重安全防護(hù)體系
動(dòng)力鋰電池安全事故發(fā)生重要是五個(gè)方面的失效影響。第一,電芯的失效;第二,BMS的失效;第三,絕緣系統(tǒng)的失效;第四,機(jī)械和密封的失效;第五,連接的失效。
一汽集團(tuán)王德平表示,在電芯失效中,從失效模式來(lái)講,方式很多樣,包括漏液、析鋰、變形、過(guò)熱、過(guò)充。從使用條件看,既有低溫快充的技術(shù),也包括外部擠壓、碰撞等使用條件,均會(huì)誘發(fā)電芯失效。從失效機(jī)理看,有活性材料的結(jié)構(gòu)變化相變,過(guò)度金屬的溢出、碰撞等等,概括起來(lái)重要體現(xiàn)三個(gè)方面:一是短路,二是負(fù)極的析鋰,三是正極釋氧。
他進(jìn)一步指出,一汽構(gòu)建了一個(gè)四重的安全防護(hù)體系:電池的安全、整車(chē)的安全、充電的安全、使用的安全,確保整個(gè)動(dòng)力鋰電池系統(tǒng)在全生命周期使用安全。并從電池碰撞安BMS優(yōu)化、電池?zé)崾Э仡A(yù)警、主動(dòng)的滅火系統(tǒng)、IP防護(hù)防水安全設(shè)計(jì)、電池壽命優(yōu)化評(píng)估等多領(lǐng)域重點(diǎn)介紹一汽新能源汽車(chē)電池安全"秘訣"。
第一碰撞安全設(shè)計(jì)。王德平表示一汽和北汽在這方面的工作有很多類(lèi)似。一方面低速時(shí)在車(chē)輛碰撞或托底碰撞時(shí),電池不因?yàn)檐?chē)的沖擊或碰撞導(dǎo)致電池變形。另一方面,一汽構(gòu)建一個(gè)雙路的高壓斷電系統(tǒng),在高速發(fā)生碰撞時(shí)安全氣囊開(kāi)始工作時(shí),同時(shí)把整車(chē)高壓系統(tǒng)在1毫秒內(nèi)進(jìn)行斷電處理,確保整個(gè)高壓系統(tǒng)安全。
第二BMS優(yōu)化。依托內(nèi)部車(chē)輛數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng),一汽將云端數(shù)據(jù)導(dǎo)入到BMS中。構(gòu)建壽命模型、電池實(shí)時(shí)狀態(tài)估計(jì),豐富BMS功能,使其控制精度和估算精度更高,實(shí)現(xiàn)提前的故障預(yù)警。
第三電池?zé)崾Э氐念A(yù)警。將云端歷史數(shù)據(jù)、包括環(huán)境的應(yīng)力、系統(tǒng)的狀態(tài)等實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息整合,構(gòu)建了熱失控預(yù)警開(kāi)發(fā)的模型,將其應(yīng)用到整車(chē)的熱失控系統(tǒng),一方面通過(guò)熱失控模型預(yù)警的系統(tǒng)診斷,實(shí)現(xiàn)高壓系統(tǒng)的維護(hù)。
第四電池壽命優(yōu)化評(píng)估。圍繞車(chē)端和用戶構(gòu)建一個(gè)以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的面向用戶的電池容量的評(píng)估模型,再把電池容量評(píng)估模型引入,評(píng)判安全程度優(yōu)化并確保車(chē)輛安全使用。
此外,還有主動(dòng)的滅火系統(tǒng)、IP防護(hù)防水安全設(shè)計(jì)、產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、全生命周期服務(wù)及產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)狀態(tài)監(jiān)控等多領(lǐng)域保證動(dòng)力鋰電池安全。
蔚來(lái)汽車(chē):全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)保障電池安全
針對(duì)電池安全,蔚來(lái)汽車(chē)汽車(chē)不斷在BMS、電池等領(lǐng)域試驗(yàn),并已取得部分成績(jī)。其中電池層面,蔚來(lái)汽車(chē)有安全且精確的智能系統(tǒng),精確SOC的預(yù)計(jì),及電池的安全監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)。
在BMS層面,蔚來(lái)汽車(chē)做好了三方面的工作,第一,電池生命管理系統(tǒng),這是一個(gè)以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng);第二實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),全天候監(jiān)測(cè),即便車(chē)輛在睡眠過(guò)程中如停在停車(chē)場(chǎng)仍然可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池狀況;第三是電池的資產(chǎn)建模BM,用來(lái)做層級(jí)分析。
為防止電池組熱蔓延或熱失控,蔚來(lái)汽車(chē)重點(diǎn)在技術(shù)、監(jiān)測(cè)、損害控制等方面攻克,具體包括自主研發(fā)模組及保護(hù)體系,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電壓及溫度,電芯使用陶瓷隔膜,在保險(xiǎn)絲、SSD及排風(fēng)口、模型、模塊環(huán)節(jié)加絕熱板或控制板。
蔚來(lái)汽車(chē)黃晨東
蔚來(lái)汽車(chē)黃晨東介紹,在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中,蔚來(lái)汽車(chē)即便汽車(chē)在休眠的過(guò)程中,仍然可以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),所有的大數(shù)據(jù)進(jìn)入到云端,云端可以進(jìn)行自動(dòng)的分析,假如發(fā)現(xiàn)任何異常,就會(huì)預(yù)警。通過(guò)審議并且分析,蔚來(lái)汽車(chē)將把電池召回,或是將電池更換。
他進(jìn)一步指出,未來(lái)設(shè)計(jì)優(yōu)化中,蔚來(lái)汽車(chē)將在杜絕電芯間熱傳遞、模組絕緣防火墻設(shè)計(jì)來(lái)阻礙熱傳遞,并在電池組設(shè)計(jì)中加入相應(yīng)的煙道設(shè)計(jì)來(lái)杜絕二次損失。他進(jìn)一步表示,蔚來(lái)汽車(chē)還將加入相應(yīng)的滅火裝置和設(shè)計(jì)。