发布时间:2017-03-1 阅读量:1912 来源: 我爱方案网 作者: candytang
中国“十二五”规划大力支持以电动汽车为主的新能源汽车新兴产业。然而以热失控为特征的锂离子电池系统的安全性事故时有发生,困扰着电动汽车的发展。“2017汽车电子关键元器件技术暨新能源汽车研讨会”将聚焦新能源汽车、ADAS、关键元器件技术和创新方案,和众多汽车电子设计领域的工程师和从业者们一道探索汽车电子技术创新之路!在线报名地址:http://www.52solution.com/index.php/Home/Special/qcdz.html#1bm。本文将探讨动力电池的安全性问题,为大家剖析动力电池安全性事故的常见形式及成因。
锂离子动力电池事故主要表现为因热失控带来的起火燃烧。如表1和图1所示。
表1 近年发生的锂离子动力电池事故
锂离子动力电池系统安全性问题表现为3个层次(图2)。
2 动力电池安全性演变
2.1 “演化”与“突变”
电池系统长期老化带来的可靠性降低,演化耗时长,可以通过检测电池系统的老化程度来评估电池系统安全性的变化;相比而言安全性突变难以预测,但是可以通过既有事故的形式来改进电池系统的设计。
2.2 安全性演化机理
3 电池安全事故触发
3.1 热失控机理
经过演变过程,电池事故将会进入“触发”阶段。一般在这之后,电池内部的能量将会在瞬间集中释放造成热失控,引发冒烟、起火与爆炸等现象。当然电池安全事故中,也可能不发生热失控,热失控后的电池不一定会同时发生冒烟、起火与爆炸,也可能都不发生,这取决于电池材料发生热失控的机理。
图4、图5与表2展示了某款具有三元正极/PE基质的陶瓷隔膜/石墨负极的25 A·h锂离子动力电池的热失控机理。热失控过程分为了7个阶段。
图5 某款三元锂离子动力电池热失控不同阶段的机理
3.2 事故触发的分类
根据触发的特征,可以分为机械触发、电触发和热触发3类。
4 热失控在电池系统内的扩展
4.1 热失控扩展的危害
热失控触发后,局部单体热失控后释放的热量向周围传播,将可能加热周围电池并造成周围电池的热失控,从而发生链式反应造成极大的危害。
4.2 热失控扩展的机理
热失控扩展过程中的热量传递有3条可能的主要路径:1)相邻电池壳体之间的导热;2)通过电池极柱的导热;3)单体电池起火对周围电池的炙烤。
4.3 防范热失控扩展与电池系统设计的矛盾
措施:
1)防止火焰的发生。设计阀体的喷射方向引导火焰的生成方向;加入灭火剂;保证密封性。4)增强电池系统内部的散热;将故障电池周围的电池进行放电;在电池之间填充相变材料吸收热量等方法来抑制热失控的扩展。
矛盾:
防范热失控扩展的设计与电池系统的其他功能设计存在一定的矛盾,如加剧内部温度不均、降低比能量、增加成本等。协调此矛盾是电池系统安全性设计的重要议题之一。
5 电池事故防范与安全性监控
除热失控扩展的防范之外,动力电池系统需要全方位的事故防范措施与安全性监控措施。
1)锂离子动力电池在大规模生产销售之前,必须要通过相关的安全性测试标准的认证。
6 结论
动力电池系统安全性问题主要分为3个层次,即“演变”、“触发”与“扩展”。从这三个层次出发,深入研究各个层次的机理及其演变过程,提出有效的事故防范措施和安全性监控措施,是下一步研究的工作重点。
安全继电器是一种用于监测和保护机器运行过程中的安全的电气设备,主要用于工业生产中的安全保护,可以有效地避免人员伤害和机器事故的发生。该设备通过检测机器的运行状态和环境变化,能够及时切断电源,停止机器的运行,保护工人的安全。
固态继电器是用半导体器件代替传统电接点作为切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件,单相SSR为四端有源器件,其中两个输入控制端,两个输出端,输入输出间为光隔离,输入端加上直流或脉冲信号到一定电流值后,输出端就能从断态转变成通态。
固态继电器(SOLIDSTATERELAYS,以下简写成“SSR”),是一种全部由固态电子元件组成的新型无触点开关器件,它利用电子元件(如开关三极管、双向可控硅等半导体器件)的开关特性,可达到无触点无火花地接通和断开电路的目的,因此又被称为“无触点开关”。固态继电器是一种四端有源器件,其中两个端子为输入控制端,另外两端为输出受控端。它既有放大驱动作用,又有隔离作用,很适合驱动大功率开关式执行机构,较之电磁继电器可靠性更高,且无触点、寿命长、速度快,对外界的干扰也小,已被得到广泛应用 。
工业和移动领域芯片需求短期内保持疲软
继电器是一种当输入量(电、磁、声、光、热)达到一定值时,输出量将发生跳跃式变化的自动控制器件。而汽车继电器是汽车中使用的继电器,该类继电器切换负载功率大,抗冲、抗振性高。汽车中的电源多用12V,线圈电压大都设计为12V。由于是蓄电池供电、电压不稳定; 环境条件恶劣,吸动电压V≤60%VH(定额工作电压);线圈过电压允许达1.5VH。线圈功耗较大,一般为1.6~2W,温升较高。环境要求相当苛刻:在发动机舱,环境温度范围要求为-40℃~125℃,其他位置环境温度范围为-40℃~85℃;在发动机舱里使用的继电器要能经受砂尘、水、盐、油的侵害;振动、冲击相当苛刻。