汽车电池技术讨论：怎样才算安全的电池？.docx

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1、汽车电池技术讨论：怎样才算安全的电池?目录1 .引言12 .了解电池安全21. 1.传统燃油车介绍22. 2.再说说电动汽车43.安全电池的防水标准123. 1.1.电池包的防水要求123. 2.2,电池包的防水设计134 .安全电池的防碰撞要求151. 1.上盖和下托盘的结构设计：154. 2.电气密封面的设计：155 .电池安全与车身防碰撞166 .小结18电动车在碰撞、淹水等情况下，可能发生电池漏电甚至自燃。随着电动车渗透率的提升，越来越多的消费者开始关注电动汽车及其安全问题。我们家前段时间新购了一辆C40,正好用这个举例来说一下关注电池的安全性应该关注哪些特性。事实上，想要选一台非常安

2、全的电动汽车，最重要的部分就是在电池方面去考虑，这个事也是一种平衡，不同车企会对电池特性做一些平衡。图1动力电池的基本特性动力电池安全特性，由中国、美国、欧盟、日本共同牵头的电动汽车安全全球技术法规(EVSGTR)工作组共同制定，来自中国、美国、欧盟、日本、韩国、加拿大等WP.29缔约国代表包括全球主要的汽车研究机构、整车和零部件企业的专家来做修订。全球技术法规工作组织结构TheGTR(G1oba1Technica1Regu1ation)onE1ectricVehic1eSafety-Structure2.了解电池安全2.1传统燃油车介绍传统燃油车和电动汽车的本质区别是动力源。传统燃油车依靠燃

3、油与空气混合燃烧产生的动能作为动力源。汽油发动机的理论燃烧温度为1200,在发动机内部运行中就会保持在一个极高的温度，原理可见于图3o此外，排气系统的排气歧管、三元催化器等位置也是热源，可见于图4o有了热源，如果再来点易燃物，那就会出现燃烧这种复杂的氧化还原反应。4进气行程排气行程压缩行程做功行程1、排气道2、撵气气门3,火花塞4、进气气门5、进气道图3传统燃油车工作过程尾音图4传统燃油车的排气系统所以呢，传统燃油车预防自燃的主要逻辑是：避免热源与易燃物的接触，减少悲剧发生。从产品设计角度上将，发动机有一套冷却系统，排气系统也有相应的隔热措施（参考图5）,通常情况下车主不用担心。2.2.再说说

4、电动汽车很简单吧，好了，再说说电动汽车。电动汽车是使用电池包的电能做为动力源，电机再将电能转化为机械能驱动车辆行驶。可以看到，电动汽车的正常行驶过程，是不会产生明火的。近期的新闻呢，多数是因为电池短路起火导致。为什么电池好端端的，会短路起火呢？下面，我们将从三个角度来阐述一下，预防电动汽车自燃的逻辑。第一个角度是：研发的角度。既然我们是一个汽车品牌的机构号，那么工程这部分会说的多一些，请大家耐心看。排除外部因素，如碰撞、浸水、明火烧灼等原因，单从从电池包内部分析可能原因主要有：电气系统出现短路、电芯质量问题（例如毛刺刺穿隔膜导致短路）、电芯过充、电芯过放。下面我们从电池包结构设计和电池管理系统

5、两方面来看看，在研发阶段应该如何预防自燃的风险。图6这是一种典型的动力电池包设计，包含了电池控制单元在电池包内。电池包的结构设计：可从电芯、模组、整包来看，先以圆柱电芯的电池包为例。图7电芯的结构图：电芯的安全设计首先，是电芯化学材料体系的选择，通常来说，磷酸铁锂和钛酸锂安全系数相对来说比较高,三元、锦酸锂、钻酸锂体系次之，动力电池圆柱电芯的主流是磷酸铁锂或钛酸锂电芯。从结构组成来看，对电芯保护设计作用的几个关键部件是：保护阀（安全阀），因为锂离子电池的正常充放电是不产生气体的，若出现气体，则是内部物质发生了分解或存在一些不应该存在的物质（如水）与电池内部材料发生了反应，一旦出现这种情况，电池

6、将会完全失效。所以，保护阀（安全阀）存在的意义便是，当电池内部压力增大时，直接将安全阀结构破坏掉，正极极耳与上盖之间的连接断开，电池断路，内部气体泄出，电池失效。PTC元件，主要为了防止内部温度过高引发物质分解，引发安全性问题。隔膜，耐高温的隔膜可以提高隔膜收缩的温度，从而提高触发电芯热失控的温度。模组的设计：图8模组的设计模组一词，来源于英文“modu1e”，也叫模块，组件等。其实就是把一堆电芯安全的组合在一起搜构成的模块。模组的安全设计通常是基于阻断热传递来考虑的。比如，在电芯中间添加隔热垫。采样线方面若采用FPCB或PCB设计的采样电路会在电路间添加熔断器，电芯与汇流片会直接用铝丝来连接

7、做熔断器使用。整包Pack设计：对于整包PaCk来说，模组装配的时候，其上下表面都会粘附一层绝缘板（一般采用云母片）。同时，电气上的安全普遍采用主回路熔断设计。此外，国家标准对于电池安全有严格的要求，可参考图10所示。整斗息压电安全GB.T18384-2015电动汽车安全要求GB7258-2017机动车运行安全技术条的GBXXXXXX电动汽车安全要柒（征求罪见册）GB.T19751-2016混合动力汽与安全要求GBZT28382*2012婕电动染用车技术条传娅撞安全G&T3149&2015电初汽车健JIW安仝要求EMCGBTT18387-2008电动车德的电磁场凌射源磨的限侑和烈方法室吊9kH

8、z3OMHzGB14023-2011主辆.船和内第机秘电喊说特竹用千保沪车外楼攻机的阳侑2冽方法GBrr18655.2010王曲Iya内般机无线电狰抗将性用于保护车或翟收矶的眼信粕115注电池安全GBXXXXX（电动汽车用悭向f动力蓄电池安全要求（征求建见说）G831485-2015电汽车用动力蓄电出安全要求及试通方法G83i4S7,a(n6电gwfrjFa:Bg图10国家标准对于电池安全有严格的要求其中，GB/T31485-2015主要考核动力电池单体和模组的安全指标，围绕化学能的防护，给出了一系列滥用情况以及极端情况下的安全要求和检验规范。GB/T31467侧重于电池包或电池系统级的检验规

9、范。GB/T31467.3-2015主要针对安全要求和测试方法做了明确的规定，再结合GB/T31485-2015,构成了从电池单体、模组、到动力电池包和动力电池系统的完整的化学能防护规范。举个例子：GB_T31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分：安全性要求与测试方法要求的测试项目如图11。蓄电池包和蓄电池系统的测试项目锂离子动力蓄电池包或系统需要进行的测试项目如表B.1所示。B.1动力蓄电池包或系统需要进行的测试项目序号测试项目适用他国试验方法章条号1振动鼠验蓄电池包或系统7.1.1蓄电池包或系统的电子装置7.1.22机械冲击蓄电池包或系统7.23跌落蓄电池包或系统

10、7.34翻转蓄电池包或系统7.45模拟撞蓄电池包或系统7.56挤压瞽电池包或系统7.67温度冲击蓄电池包或系统7.78身热循环蓄电他包或系统7.89海水浸泡苜电池包或系统7.910外部火烧蓄电池包或系统7.10H盐雾蓄电池包或系统7.1112高海拔蓍电池包或系统7.1213过温保护蓄电池系统7.1314短路保护蓄电池系统7.1415过充电保妒蓄电池系统7.1516过放电保护蓄电池系统7.16图11GB_T31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分：安全性要求与测试方法当然啦，对自己比较有要求的企业（不要脸的提一下自己），一般都会有更严格的企业标准来检测产品的安全性。软件

11、层面上的预防：需要BMS（电池管理系统）来保驾护航，主要包括：第一，防止过充过放；第二，实时监控高压系统的绝缘状态；第三，实时监控电芯温度、电压等状态。当然极个别BMS失效情况下，会通过其他ECU来参与安全保护，比如通过VCU（整车控制器）来控制紧急断电。关于BMS方面的内筒,感兴趣的朋友可以看小鹏汽车之前的知乎回答，如何自学电池管理系统(BMS)?H车高压负或电机控制住空俑压缩礼.DCDC.年敛充电料.mftfc）.快完钱束低压供电、硬修唉曜、“可通讯、信号采祥、高压互销等电池等J1系蜕硬架构以上，是在电池包的开发设计过程中，应当遵守的一些法规或者设计要求。车辆在研发过程中所做的许多测试工作

12、，说到底都是为了是产品能正常的运转，预防各种意外或灾害的发生。除了以上常见的“按照法规和要求来设计”的普通思路，从工程师的角度，还有很多其他的方法来预防灾害的发生。最基本的，例如，增加电池包的热管理功能，做好DFMEA设计，加大可靠性路试，整车试验/系统试验/零部件试验等等一系列的研发流程，来保证灾害的发生。看到这里，可以说是企业在车辆研发过程中该做的，该测试的，都做了。但我们还是经常会听到这样那样的负面新闻，为什么呢？因为在工业领域，永远存在这样一个定理。只要最终是量产的产品，那产品合格率永远都不可能是100%（哪怕是99.9999%,也总是会出现那么一两个不合格品），总是有个别存在潜在风险

13、的车辆还是会流到市场上。这也就是很多人买车的时候会遇到的怪现象：别人买这车就是这好那好，我买了就是不停的修（不过不用过分担心这种问题，如果确实你买到了那一台概率0.0001%以下可能发生故障的汽车，放心，对自己有要求的企业会给你100%的态度来解决这个“不合格品”）所以，这0.0001%以下不合格的概率，是没有办法预防的。只能努力去降低这个不合格的概率。比如说，选更好的供应商，做更充分的测试等手段，都可以有效的降低这个不合格率。如果车辆都流出去了，在大街上跑着了，那怎么办预防呢？第二个角度是：售后技术支持的角度。是时候出绝招了-车联网数据监控。都快5G时代了，怎么能少了车联网功能呢。第三次工业

14、革命之后，人类进入信息时代，直到今天移动互联网的蓬勃发展，使得车联网在汽车行业也发挥着越来越重要的作用。车辆通过车载终端，与企业平台进行数据传输交互，原理如图12。通过这个技术，企业平台就可以监控到每辆车的电池系统的状态和参数。图12车辆通过车载终端，与企业平台进行数据传输交互通过实时监控电池系统的状态和参数，如果出现重大安全相关的故障时，企业的售后部门便主动地做出紧急的故障响应，安排足够的人手参与紧急任务，第一要务是保证车主的安全，再对车辆进行故障修复。同时，可通过电池的历史数据，做预诊断算法，预测电池是否存在风险，对于风险车辆呢，及时告知车主到店检修，未雨绸缪。而且，5G时代的到来，可以使

15、真正的“实时监控”成为可能。因为目前来看，要做到“实时监控”，还存在一定的延时。（关于5G时代对汽车工业的影响，大家可以关注一下另一个问题的回答答案“5G通讯技术会给汽车行业带来哪些变革？”）那么，有了车联网实时监控功能，车辆就能高枕无忧躲避安全风险了吗？NO,不可能的，依然会存在一定的风险。最简单的例子，车辆在高压下电，锁车以后，车上控制器休眠的状态下，车联网功能会有一定程度的丧失，此时的监控能力就会下降。发生风险的时候，可以预防的可能性就会降低。那么，有没有好的方法，让车辆长时间在线受控预防风险呢？当然有，不过，要增加的成本就会更高了。甚至反而增加了风险。举辆个例子：在车辆锁车后，可以采取延时断开高压的策略，来延长