如何層層設防,比亞迪電池安全探秘

2019年08月30日 09:08 來源:節能與新能源汽車網 作者:比亞迪供稿
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國內新能源汽車興起,電動汽車成為越來越多消費者的選擇,但伴隨而來的是電動車起火事件頻發。很多電動汽車起火都是因電池而起,電池熱安全管理是體現廠商水平高低的重要方面。作為新能源汽車的引領者,比亞迪是全球范圍最早進行電動汽車研發生產企業之一,在電動汽車安全方面積累了豐富的經驗,創造了十五年無電池安全事故的行業記錄。比亞迪是怎樣做到的?本文帶你一探究竟。

 

 

電動汽車依靠電池提供動力,因此,對電動汽車來說,由眾多電芯組成的電池可以被看作是一支由眾多個人組成的強大組織。對電池的安全管理,可以看作是對這個組織的管理,對人的管理。具體而言,比亞迪電池安全管理稱為七維四層矩陣,則集中體現了比亞迪電池安全管理的智慧。

 

單體電池:電池安全之本

 

單體電池,也就是電芯,是電池的最小單位。可以理解為一個團體中的人。因此,要避免電池的熱失控,首先要做的是保證每一個“人”的素質過硬,如同學校和家庭對每個人的培養和養育一樣,質量過硬、設計科學的電芯,可以很好地杜絕危險情況的發生。電芯的好壞涉及到電芯的選材、正負極稀土元素的比例,以及基本的選型。比亞迪目前已經擁有了從礦產到電池回收的全產業鏈的電池產品布局。最早選擇的是磷酸鐵鋰電池,后來選用三元鋰電池,比亞迪也沒有貿然采用某些廠家采用的更為激進的811電池,而是從安全考慮,選用更安全的科學配比。在選型上,比亞迪單體電池選用方形硬殼電池,既有利于電池組包,又有利于搭載必要的安全設計,可謂一舉兩得。基于科學的選材與選型,比亞迪在單體電池的方形硬殼上,進一步實現了單體之間的絕緣設計、防爆閥和CID翻轉片的設計,讓汽車電池的每一個電芯都“素質過硬”,為整體電池安全奠定基礎。

 

模組:利用隔離避免熱失控

 

模組是單體電池的組合。在單體層面,廠家用選材和選型保障了電芯的可靠,但這并不意味著電池安全就可以高枕無憂。單體的質量被把控之后,模組承擔了兩個主要的功能,一個是鏈接,一個是隔離。所有單體要齊心協力輸出電力,必須依靠鏈接。在這方面,比亞迪在模組內部采用了業界領先的軟連接+激光焊接工藝,整個電池模組規整可靠安全,一舉告別了依靠粗電線鏈接的方式,杜絕了因摩擦導致短路的風險。而在模組之間,比亞迪采用了先進的鋁排焊接替代了螺紋連接,工藝更先進也更安全。模組層面的安全設計主要是隔離,也就是通過隔離對問題單體“分而治之”。這就是模組的隔熱隔火設計。模組熱失控管理主要依靠單體電池之間的氣凝膠實現。氣凝膠通過PET封裝,整體導熱系數小于0.04w/(K.m),可以很好的延緩單體之間的熱量傳遞。通過將個別出現問題的電芯隔離,杜絕影響給其他單體電芯,從而保障了電池模組層級的安全。

 

 

電池包:守護電池安全的“烈火英雄”

 

從單體到模組再到電池包,電動車電池的“安防”等級逐步升級。模組的隔熱隔火設計是為了預防單體電池的突發情況,電池包層面的設計則是為了防止模組安防失效,同時也針對因猛烈撞擊等導致的起火現象,其電池托盤采用韌性高的鋁合金的材料,切開你會發現,其結構是空心的,并且仔細觀察,會發現結構是有規則的窩蜂結構,之所以設計這種結構,是因為通過大量的實驗證明,這種結構在發生碰撞和磕碰時,會發生潰縮,能更好的吸收碰撞和磕碰產生的能量。并且在電池包上還采用隔熱隔火設計、能量泄放裝置,甚至包括自動滅火裝置。這些裝置保障了當激烈撞擊發生導致電動汽車起火之后,駕乘人員足夠的逃生時間,同時能量的自動泄放也可以將火情控制在一定范圍之內。在能量泄放裝置里,比亞迪工程師們還設計了一個氣體定向排放的功能。即當電池內部各種原因產生大量氣體之后,通過泄放壓力的方式,杜絕了內壓增高導致爆炸的危險。

 

 

BMS:法網恢恢疏而不漏

 

有了隔離措施及滅火機制,剩下的就是利用“科技手段”對電池進行監控了。這就是電池管理系統BMS。BMS的任務就是通過一些傳感器時刻監控預電池里的一舉一動,預防火災發生。如監測到危險情況立刻采取必要措施,如切斷充電器,甚至切斷線路等,為電池安全把好最后一道關。

 

具體來說,BMS系統主要有三個作用。一是準確估測動力電池組的荷電狀態 (State of Charge,即SOC),即電池剩余電量,保證SOC維持在合理的范圍內,防止由于過充電或過放電對電池造成損傷,并隨時顯示車輛儲能電池的荷電狀態,即儲能電池的剩余能量。

 

其次對電池進行動態監測。在電池充放電過程中,實時采集電動汽車動力電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓,防止電池發生過充或過放的情況。同時能夠及時給出電池狀況,識別出有問題的電池,保持整組電池運行的可靠性和高效性。除此以外,還要建立每塊電池的使用歷史檔案,為進一步優化和開發新型電、充電器、電動機等提供資料,為離線分析系統故障提供依據。

 

最后,實現電池間的均衡。BMS系統可以實現單體電池均衡充電,使電池組中各個電池都達到均衡一致的狀態。

 

電動車的商業化進程中,安全才是電動汽車選購的第一要素,沒有安全,電動汽車所有的優勢都將無從談起。比亞迪在單體、模組、電池包,系統四個方面層層布防,各司其職,相互配合,構建了科學的電池安全體系,保障了電池安全萬無一失。

 

編輯:hnd

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