极力避免很极端的事,简谈锂电池系统安全

朱玉龙

起火是动力锂电池系统事故中一件非常极端的情况,在之前的文章里讨论过几种原因。但其实很难通过一个独立的事件来进行分析(即绕开所有的安全机制,仅仅考察单独因素),而是需要通过各种案例和各类研究资料、调研报告等来界定电池起火时热能释放的本质来源。

这里选一个简单的电池系统举例,把冷却液去掉,只剩下电池系统本身。

电池系统烧起来,如上图所示,我们看看可燃物是哪些?

电池模组:可燃

电池挥发的可燃气体电池破裂/损坏的电解液泄漏

高压动力线束:可燃

高压采样线束:可燃

BDU:可燃

低压信号线束:可燃

其他诸如支架,电池约束机构、底盖和上盖都采用不可燃的材料,以上这些的东西,是将电能转化成热能的关键(换句话来说是主要的引燃点)。

锂电池单体电化学的储能单元和化学物其实已经有细致的起火风险,这点通过各种滥用测试进行评定。《极力避免很极端的事,来看看锂电池系统起火的几种原因》一文所说的:

第一部分 电池相关

电池包或电池单体过充:过充一般而言确实是热能释放比较普遍的原因,电池包级热失控事件,可以往下细分为多电池(模组、单体过充),电池过充和电解液蒸发,导致热事件。SOC计算错误引起的过充、高SOC状态下,未按照保护而进行的能量回收引起的、充电控制程序卡住引起的过充。

对于热失控的机理分析:

第二部分 线路相关=》电池=》线路本身+电池温度上升

短路过流的人热能释放:电池包/ 高压电路故障导致短路=》热量; 这里主要是由电池包内部短路和外部短路,引起导体&连接器过热、单体过热引发随后的热事件。进一步细分也可以分解成模组的短路引发的部件过热。模组一级的短路、电池组内一级短路、外围腐蚀性/导电液体进入引起的短路代入这点,把机械和电气和材料结合起来,引起起火的原因是多元化的。

对比这个:

电池的碰撞引起了很多的变化,机械结构和电气结构上变化导致了短路,引发电池进一步变化。

现实来说,在一个完整的系统主要是考虑各种的对策,把每项内容进行多个角度的隔离,这里对着每一项内容进行对策的分解。

不过总体的方向来看,是趋向于电池单体这块多做些,系统上在逐步简化。BMS的温度检测点,本身由于BMS能做的事情就有限,手段都直接做在单体里面去了。

1)BMS的检测和手段闭环:

说白了就是关继电器,我们现在值得学习的就是前期预警,不行就让人多一些反应时间,BMS能动用的手段真的很少。

2)所以后续的创新和革新,都是在单体安全性和内置的手段层面多做些,BMS保持一点点简化,整个系统的置信度更高一些。

红色的这个部分拿三星的结构来看看就比较清楚。

过充部分除了检测切断以外,在单体级别做点事,多了一些手段。

作者:朱玉龙

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