动力电池安全智能系统实例分析及建议

动力电池安全智能系统实例分析及建议

2015年以来，电动汽车被烧事件一而再三地被媒体曝光。如何解决好这个问题，2017年5月6日-7日，由清华大学主办的第一届全国锂离子电池安全性技术研讨会在北京召开，欧阳明高教授认为，解决好动力电池热失控需要三板斧。这些说明，要解决好电动汽车上动力电池的安全，一是行业上下都必须要高度重视，二是要研发出技术指标较高的系统(总成件)，三有了这样的系统以后，要积极配置到汽车上来。笔者将自己对动力电池安全智能系统及实例分析及建议，分享给大家，供大家参考。

一、动力电池安全隐患的诱因

动力电池是能源载体，说明其安全隐患诱因是客观存在的。按照欧阳明高教授的总结，大致可以分为三大类：

1)外部高温会导致电芯防爆膜破裂，电解液喷出，会发生燃烧、起火。在外部高温环境下，电解液分解物与正极、负极发生反应，电芯隔膜将融化分解等导致内部短路，电能量释放也多会产生大量的热量。

图1 试验数据示意图

试验数据显示，当电池单体温度达到135℃时，隔膜开始融化，电压下降；150℃电池电压快速下降,等温度高达245℃时，隔膜完全崩溃。结论是，电池单体工作温度在40℃～50℃之间是比较理想的。结论是，如果高于或低于这个温度范围都是不利于电池正常使用的。

2)动力电池内部的杂质、金属颗粒、充放电膨胀与收缩、析锂等都有产生动力电池内部短路的可能。由动力电池内部杂质引起的内短路的过程的机理，目前全世界专家还在研究阶段。

结论是，目前要做到消除动力电池内部的杂质等诱因，理论上还没有找到可行的办法。

3)汽车机械受损如强烈的撞击、翻车、挤压也是无法规避的客观事实。机械受损会导致电池发生机械损坏，在很短的时间内，会发生动力电池短路。结论是，汽车是运动物体，动力电池的机械受损也是一个大概率事件。

二、动力电池发生安全事故的人为因素

1)由于充电操作不当导致外部短路。导致电池放电电流很大，会使电芯发热，高温会使电芯内部的隔膜收缩或完全坏坏，造成内部短路，因而爆炸。结论是，进行培养，加强管理是一个十分必要的基础管理工作。

2)电池过充导致正极的锂过度放出会使正极的结构发生变化。而放出的锂过多也容易无法插入负极中，也容易造成负极表面析锂，而且，当电压达到4.5V以上时，电解液会分解生产大量的气体，从而导致电池鼓胀，严重的话甚至会冒烟起火。结论是，要通过声光等措施要能及时告知要告诉操作人员，同时技术措施立即到位。要能杜绝这个行为的发生。

3)过放会导致电池正极材料分子结构损坏，从而导致充不进去电。结论是，要通过声光等措施要能告知要告诉操作人员，同时技术措施上，要能杜绝这个行为的发生。

4)IP防护等级不达标，导致电池内部水份含量过高。水份可以和电芯中的电解液反应，生产气体，充电时，可以和生成的锂反应，生成氧化锂，使电芯的容量损失，易使电芯过充而生成气体，水份的分解电压较低，充电时很容易分解生成气体，当这一系列生成的气体会使电芯的内部压力增大，当电芯的外壳无法承受时，电芯就会爆炸。

三、动力电池安全安防范措施

1)BMS管理系统要具备自动规避人为不当操作的功能。

2)动力电池单体生产中过程控制措施到位。主要是要保障单体质量要高、一致性要高。电池包的IP等级要符合电动汽车的技术要求；

3) BMS管理系统要能控制电动系统环境温度，要保持适宜，具有自动调节功能；

4)低温环境下，BMS管理系统要能对动力系统自动加温，对即将发生燃烧时(或爆炸时刻)，要能自动消除这些；

四、动力电池安全智能系统基本结构

动力电池安全智能系统分为三部分：a)电池系统；b)热管理系统；c)自动灭火系统。