發展新能源汽車(電動汽車),電池是一個瓶頸。為了破解這個,大家把精力放在提高動力電池的比能量上了,于是比能量目前是天天在提高。但是,從理論上講,比動力電池能量越高,將其安裝到車上后,其安全性的考量也越來越重要了。今天,純電動汽車一次充電行駛里程超過200公里了,市場上接受度基本得到認可了,但是對電動汽車安全性,用戶接受是“零容忍”。如何做到絕對安全?才是電動汽車推廣又一個要面對的新瓶頸。下面介紹《動力電池包安防系統原理及實例》,就是要求實現電動汽車在動力電池這一塊必須是100%的安全。

一、動力電池是相對安全的

動力電池是電化學產品,即是危險品。但是其危險品的等級是相對較低的,國際上有關組織對危險品等級進行了劃分。動力電池等級是第8、9級的危險品。其與炸彈、鞭炮、汽油、柴油相比,在常態下,不會爆炸、不會起火。但是動力電池裝到了汽車上以后,其環境發生很大變化,而汽車發生安全事故頻率目前還是很高的。動力電池在汽車發生事故(碰撞、翻車等)當中,能不能保障不發生次安全事故?如果動力電池系統在意外情況下發生了內部短路,能不能保障不發生安全事故?如何發生了電動電池安全事故,有沒有辦法防止其放大?以上是必須要回答的,是不能回避的。

二、在極端條件下,動力電池發生事故概率是客觀的

在目前的技術條件下,汽車在高速行駛過程中,發生安全事故的概率是相對高的。在技術能力不能滿足要求的前提下,目前基本做法是,通過教育和管理手段,來保障汽車的安全性。而實際上傳統汽車安全措施也是在持續改進,但是汽車發展速度也越來越快,汽車駕駛從一種職業變成了個人的生活技能。這個對汽車安全性要求也越來越高了。同理,動力電池在常態下,其危害性不大,但是電動汽車要進入平常老百姓家里了,電動汽車就是一件家用電器,其安全性必須保障100%。筆者認為目前家用電器能做到,電動汽車也是能夠能做到的。動力電池作為一個汽車總成件,市場要求其安全性必須做到與汽車同生命周期的100%。

三、動力電池安全措施是一個系統

動力電池安全措施是一個系統工程。從動力電池單體生產到電池包的集成、到電池系統裝置完成、到整車安裝布置、到用戶日常車輛保養,都是有安全技術要求和安全責任的。而重點是動力電池包的安防技術的提升,這已經深入到安全消防范疇了。目前動力電池安全技術,從電體的材料、電池包、電池系統及接插件、線束的安全等級安全都是在持續提高。但是按家用電池的安防要求來講,其差距依然較大,否則就不會出現一次會燒80、90臺新能源客車事件。人命關天,安全無小事。要發展新能源(電動)汽車,必須把不安全的可能性降到零。

四、對動力電池包的基本安全要求

按照國家有關標準,對6m以上客車的車載電池包,要求配置自動滅火器總成。當然從技術上,對車載動力電池包的基本要求是,其技術指標穩定性要好、他自己不出現質量問題。在出現極端情況下,也不能出現短路、過熱、不能起火,更不能出現爆炸。如果出現了以上情景,必須在相當短的時間里,把安全事故的危險降到最低,必須確保人員的安全。

五、技術上對電池包安全措施(總成件)的要求

(1)這個總成件體積要小、重量要輕,相對電池包而言,要做到可以忽略不計。其理由是,動力電池包空間十分有限,目前提高電池包的比能量,其任務很重。

(2)主動探測、數據分析及研判、控制、管理多重功能高度集成,能智能分析電池熱失控階段并進行自動干預控制,理由是電池包是一個動態工作系統,其指標值是不斷變化的,而且是隨機的。這些功能必須是智能化的。

(3)與BMS管理系統必須能對接。將探測到電池箱內因內部短路、過度充放、外部短路等導致火災初期所產生的氣體、量、煙霧、明火等信息,通過數據總線及時傳遞給控制總臺。其理由這已經是基本功能了。

(4)在無電源條件下,當環境溫度到規定值時,滅火裝置能自動啟動,完成其設計功能。其理由是,電動汽車經常處于停止狀態,而動力電池內部做功并沒有停下來,而這個時間內發生安全事故的概率極大。有了這個功能,才能做到安全萬無一失。

六、傳統滅火產品特點介紹

目前二氧化碳類的產品已經普遍用于發動機艙和客車車身上了。這類產品用于動力電池箱滅火,開始用到電動包里。但不足的是,體積過大,滅火后遺留物太多,清理十分困難。發生新的安全事故,目前其控制智能化較低,推廣十分困難。七氟丙烷用于動力電池箱滅火,也有不足,主要是與電池包生產廠家對接,要將液態運輸到電池包內部,要一定長度的管路支持,其工藝布置比較困難。

七、新型的動力電池包安防系統

下面是710研究所研發的動力電池安防產品(為軍轉民品),筆者將學習體會,分享如下:

(1)體積小、重量輕,安裝靈活方便,撲滅1立方空間火情最低僅需28克藥劑。

(2)以秒級速度快速滅火,感溫自動或手動啟動,裝置全方位立體淹沒式噴發。

(3)無壓儲存,無復雜管網、防水防潮,耐溫防腐,十年免維護。

(4)釋放后亞納米顆粒隨煙氣排出,無殘留附著物,無毒無害,易于維護清理。

其基本原理:

當火災發生時,氣溶膠自動滅火裝置通過電啟動或感溫啟動方式引發滅火藥劑發生作用,迅速產生大量亞納米級固相微粒和惰性氣體混合物,即氣溶膠,以立體全淹沒式作用于火災發生的每個角落,快速撲滅火災。

八、總結

中國船舶重工集團公司第七一〇研究所是國家863計劃高技術項目研究單位,擁有一支涉及機械、電子、材料、自動控制、精密儀器、計算機軟硬件、系統仿真等專業經驗豐富的科研隊伍。

如何借助國家隊資源,解決目前新能源汽車發展過程面對的許多技術的難題,是值得我們行業人士認真學習和思考的事情。發展新能源汽車是國家大戰略,將軍用產品民品化,造福老百姓,也是一條基本思路。