电动汽车动力电池系统安全分析与防护设计

夏军

一、 前言

随着电动汽车的日益普及,与电动汽车相关的安全事故也逐渐增多,不断刺激着公众的神经,加深了公众对于新产品、新事物的疑虑。

动力电池系统安全分析与防护设计

4月26日下午,深圳一辆电动大巴在公交场站充电时发生燃烧和爆炸,事故现场浓烟滚滚,事故车辆最后只剩下骨架,所幸未造成人员伤亡。7月22日清晨,厦门市湖里区东渡南通道公交场站内的新能源公交车起火,共造成8辆公交车被烧毁、3辆公交车被烧坏,1名场站值班人员灭火时突然倒地,在120送医救治途中死亡。(独家报道 | 深圳4.26电动大巴起火调查结果公布:过充引发火灾

在信息化社会,这些安全事故的新闻以小时甚至分钟为单位快速扩散,造成了非常不利的社会影响。我们无意指责相关的整车企业或电池企业,事故的原因是复杂而深刻的,从电池企业、整车企业、充电设备制造商、到公交运营公司,每个环节都存在问题和过失,才导致了最终的安全事故。

安全是产品的根基,不管什么情况,都不能以牺牲产品安全为代价,为追逐物质利益造成人员伤亡或重大财产损失。在社会充满喧嚣和浮躁的背景下,除了政府层面应该制定严格的法律法规和产品准入标准之外,每一家企业都应该承担起自己的社会责任,从自身的角度,尽可能杜绝产品的安全隐患。

作者本人曾长期从事电动汽车动力电池系统的开发工作,也曾担任产品级的安全经理,对动力电池系统的安全风险和防护设计有一定的认识。写作此文,希望与业界同仁一起分享,共同推动行业的良性发展。

二、 动力电池系统安全分析

1. 系统级危害

作为纯电动汽车的唯一能量来源和混合动力汽车的重要能量来源,动力电池系统的安全性显得非常重要,稍有不慎即可能成为事故的源头,造成严重危害。

动力电池系统的定义:是一个能量存储装置,包括电池单体(电芯)或电池模组,电路和电控单元,以及相关的电气和结构组件。

动力电池系统的安全特征:作为高能量载体,在不需要外部能量输入的情况下,本身就能够因能量非正常释放而产生巨大破坏力。

能量非正常释放的表现形式:

Ø 电能释放(电击)

Ø 化学能释放(燃烧,爆炸)

燃烧和爆炸两者都需具备可燃物、氧化剂和火源这三个基本因素。因此,燃烧和爆炸就其本质来说是相同的,而它们的主要区别在于氧化反应速度不同。燃烧速度(即氧化速度)越快,燃烧热的释放越快,所产生的破坏力也越大。在有限的空间里产生急速燃烧,产生高温高压气体,就会发生爆炸。

燃烧:化学能转化为热能、光能等

爆炸:化学能转化为热能、光能,并伴有巨大的机械能

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动力电池系统的电特性:

Ø 输出电压通常高达300V以上(直流60V以上为非安全电压)

Ø 存储的能量达到kWh级别(1kWh=3.6MJ)

动力电池系统安全分析与防护设计

动力电池系统的化学特性:

Ø 电池单体中的电解液和系统中的塑料部件是可燃物,金属铝在高温下也会燃烧

Ø 电池单体中的正负极材料是氧化剂

Ø 电池单体中的放热副反应会引起温度快速上升,成为火源

动力电池系统安全分析与防护设计

动力电池系统的机械特性:

Ø 为了防水防尘,呈空间密闭状态

Ø 为了经受强烈的机械载荷,壳体材料具有足够的强度

动力电池系统安全分析与防护设计

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