鉅大LARGE | 點擊量:4486次 | 2018年12月06日
簡要介紹動力電池的系統構成
近年來,隨著電動汽車的快速發展,如何解決電動汽車所帶來的安全問題,又成為汽車行業的新的話題和難點。由于人們對新事物的認知有個過程,初期難免抱有懷疑和不信任的態度,所以任何一次有關電動汽車的安全事故,都會導致公眾對電動汽車安全性的疑慮進一步加深,阻礙電動汽車的發展和普及。
其實,傳統的燃油車由于碰撞或自燃所導致的車輛起火事故,每年在全球都會發生很多起,造成嚴重人員傷亡的也為數不少,并不會造成公眾的廣泛關注和質疑。公眾之所以對電動汽車的安全事故這么敏感,除了電動車發生事故時,通常會伴有火、聲、光、煙霧等“特殊效果”,很重要的原因是出于對高能量載體“電池”的恐懼。手機電池起火爆炸,炸傷甚至炸死人的事情尚且有之,更何況那么巨大的電動汽車動力電池呢?
電動汽車(包括混合動力汽車)與傳統的燃油車有很多相同之處,又有一些不同之處。其運行工況、使用環境、車身結構、內外造型等基本沒有什么差異,最大的差別在于驅動方式和能量的來源。因為引入了電力驅動,所以就存在諸如“電擊”和“短路”之類的風險,因為有高能量載體的存在,就存在能量瞬間釋放(顯然不是我們期望的)所造成的起火和爆炸風險。因為化學電池本身的穩定性問題,又會帶來許多超出人們“傳統”認知的風險。
新生事物總是脆弱的,要經受各種懷疑,更何況是與人身安全息息相關的車輛呢?愿意拿自己的生命做賭注,去嘗試和接受不可靠不安全產品的人,我想畢竟是少數吧。所以,不管是國家層面的法規和標準,還是企業層面的產品和技術研發,都必須做到以人為本,切實的解決產品的風險和隱患,消除民眾的疑慮,從而推動新能源汽車的發展。我們,沒有任何理由拿不成熟不可靠的產品,來忽悠公眾和消費者,為企業或個人的私利服務。下文將從動力電池的各項參數詳細解析動力電池的安全要素。
一、動力電池系統的構成
作為電動汽車的動力來源,或動力來源之一,動力電池系統通常由電芯(Cell)、電池管理系統(BMS)、冷卻系統(Coolingsystem)、線束(Harness)、外殼(Housing)、結構件(mechanicalparts)等相關組建構成
動力電池系統的構成還是相當復雜的,既有電芯這類化學物體,也有復雜的電子電氣系統和熱管理系統,還有傳統的各類機械部件,涉及到的專業種類非常的多,加上惡劣的運行環境,所面臨的安全風險也很廣泛。
二、動力電池系統所面臨的安全風險
動力電池系統所面臨的安全風險,主要與其內部部件的特性和外部的使用和運行環境相關,構成了產品安全設計的主要挑戰。
1)電芯會不會起火爆炸?
動力電池系統所采用的電芯,其能量密度非常高,以磷酸鐵鋰電芯為例,能量密度可達120Wh/kg,換算成焦耳,1千克的磷酸鐵鋰電芯含有120×3600焦耳=0.43MJ。那么TNT炸藥釋放的能量有多少呢?1克TNT炸藥可釋放4184焦耳的能量,換算下來,1千克的磷酸鐵鋰電芯蘊含的能量相當于103克的TNT炸藥。
一輛純電動汽車,其使用的電芯通常重達幾百公斤,以100公斤電芯計算,總能量就相當于10公斤TNT炸藥。換著是誰,心里都會發毛,這東西會不會不穩定,會不會起火,甚至爆炸啊?
2)會不會產生電擊事故?
為了提升整車的驅動效率,動力電池的直流輸出電壓通常都在100V以上,有時高達400V以上,有一定電氣常識的人都知道,直流電壓超過60V,就是危險電壓。
每年,因為電器、電線、電力設備等漏電所造成的電擊事故,都會發生很多,也經常見諸媒體。我小的時候就被裸露的220V電線電擊過,那種滋味永生難忘。那么,人們也有理由疑慮,電動汽車里面的高壓帶電部件,會不會漏電,并進而造成電擊事故?
3)能不能經受各種惡劣的環境?
車輛的運行和使用環境非常復雜,既要經受高溫高濕的考驗,也有高原高寒的折磨,有平坦的鋪裝里面,也有崎嶇不平的非鋪裝路面,既有極其干燥的地區,也有需要經常涉水的地方。
車輛在行駛過程中,要經歷高低溫的循環考驗,要經歷沿海的腐蝕性氣候,要經歷暴雨洗禮和大水浸泡,要經受各種沖擊、振動、跌落、甚至碰撞和翻滾。那么,在這些客觀的環境面前,動力電池系統能夠經受考驗,不產生嚴重的安全風險嗎?
4)能不能經受各種濫用?
當產品銷量足夠大的時候,產品的使用,總有超過規定極限的情況或一些意外的情況,這是不可避免的。以手機為例,當充電保護失效的時候,手機電池可能因為過充而起火或爆炸。如果手機電池被尖利的金屬穿刺,也有可能發生爆炸。
那么,電動汽車的動力電池系統能夠經受類似的濫用考驗,不造成安全事故嗎?這些濫用的情況,既有人為造成的,也有客觀環境造成的。
5)電池管理系統失效了怎么辦?
動力電池系統有一套復雜的管理和控制系統,時刻采集整個動力電池包的各種運行參數,進行計算、診斷、通信和開關控制。系統越智能化,當其發生故障時,后果也就越嚴重。