动力电池安全介绍及相关措施.pptx

北汽集团整车事业本部,|BAIC vehicle business unit,Page,#,#,北汽集团整车事业本部,|BAIC vehicle business unit,Page,#,#,动力电池安全介绍及相关措施,Page,0,目 录,A,B,C,Page,1,动力电池安全事故,动力电池基础介绍,动力电池安全措施,Page,2,新能源汽车事故,作为新的汽车产品形态，新能源汽车频发的起火、爆炸等事故也引发了全社会高度关注。,时间,地点,原因,2013,年,10,月,1,日,美国西雅图南部公路,行驶中车辆,自燃（路面硬物刺穿电池组）,2013,年,10,月,18,日,墨西哥高速行驶,碰撞后起火,/,爆炸（电池组被刺穿）,2013,年,11,月,7,日,美国田纳西州士麦那,行驶中车辆,自燃（电池组被刺穿）,2013,年,11,月,15,日,美国加州奥兰治县居民车库,充电器过热起火,2014,年,2,月初,加拿大多伦多居民车库,熄火后车辆自燃（原因不明，但已排除电池、充电系统、适配器或电源插座）,2014,年,7,月,4,日,美国洛杉矶,高速公路,碰撞后起火（车体断裂）,2016,年,1,月,1,日,挪威耶尔斯塔临时超级充电站,充电时起火,/,爆炸（原因有待查明）,特斯拉,自主品牌,时间,地点,品牌,原因,2011,年,4,月,11,日,杭州,-,公路,众泰朗悦,运行中,车辆,自燃（电池漏液、绝缘受损以及局部短路等）,2012,年,5,月,26,日,深圳,-,公路,比亚迪,E6,碰撞后起火,/,爆炸（电池组被刺穿）,2015,年,3,月,27,日,漳州,-,公交站,陆地方舟,行驶中起火冒烟（电池组短路）,2015,年,4,月,26,日,深圳,-,充电站,五洲龙,充电时起火自燃（电池严重过充）,2016,年,3,月,16,日,深圳,-,公交站,五洲龙,行驶中车辆自燃（初步判断为电瓶搭线处起火）,Page,3,电池事故,1.2008,年,Prius PHEV,起火事件,事故原因：,因装配设计存在缺陷（报道中称用户对电池包进行了改装），行驶中电池组某处接头松动，该处电阻增大，异常生热导致其附近温度过高，并最终引发热失控，并波及整个电池包。,2.2013,年,Tesla Model S,起火事件,事故原因：,汽车在高速运行中，与路面上的大型金属物体发生碰撞，底盘（电池包外壳）被刺穿，导致电池内部短路，引发热失控。,3.2011,年 雪佛兰沃蓝达,PHEV,起火事件,事故原因：,车辆在碰撞测试中锂电池组受损，经过翻滚试验后电池热管理系统的冷却液泄露并与电池组件接触，有导致电池内部短路的风险，并会最终引发自燃。,电动汽车起火事故,的直接成因,总结：过热、内短路、外短路、碰撞、针刺,锂离子动力电池安全性事故的主要表现为锂离子电池的热失控,锂离子动力电池热失控的发生机制,Page,4,锂离子电池在正常充放电反应外，还存在许多潜在的放热副反应。当电池温度过高或充电电压过高时，容易引发,1,。,1,武汉大学，锂离子动力电池的安全性问题。艾新平,SEI,膜分解导致电解液在裸露的高活性碳负极表面的还原分解；,充电态正极的热分解；,电解质的热分解；,粘结剂与高活性负极的反应；,主要的过热副反应,1,2,目 录,A,B,C,Page,5,动力电池安全事故,动力电池基础介绍,动力电池安全措施,Page,6,电动汽车三大核心技术,新能源汽车三大核心技术：,1,、电控,2,、电机,3,、电池,Page,7,电池构造,电池,系统主要组成：,1,、模组；,2,、管理系统（,BMS,）；,3,、高压控制系统（,BDU,）；,4,、热管理系统；,5,、结构支撑件、线束、同排；,6,、壳体；,7,、接插件及安全开关。,Page,8,电池技术,锂电池技术,金,属-空气电池,技术等,目前的成熟技术：,锂,离子电池技术,燃料电池技术,（Hydroyen Feul）,Page,9,锂电池技术,电池为一种能量转换装置。充电时，电能转换为化学能储存起来；放电时，化学能转换为电能。,一次电池，电池的反应是不可逆。,二,次电池，电池的反应可逆，可进行多次反复充放电。,体系,卷绕,技术 铝,壳技术,圆柱,电池 方形电池,软包技术,叠,片技术,Page,10,三元体系,VS,锂酸铁锂,体系,钛酸锂负极体系,碳纳米管、石墨烯添加，快速充电体系,锂电池体系及工艺,工艺,Page,11,序号,项目,圆柱行,方形,软包,1,电芯图,2,模组图,3,液冷模式,电池类别,Page,12,电池类别,结构设计影响,圆形卷绕,方形叠片,软包卷绕,极片、隔膜张力,恒定,恒定,变张力,极耳数目,正、负单耳,正、负多极耳,可多极耳，但操作困难,电芯内外层差异,明显,无差异,不明显,散热特性,不好,良好,良好,倍率特性,不好,优良,较好,单体自动组装难度,容易,较难,容易,电池一致性,较好,好,一般,优点,生产工艺成熟，一致性好，成本低。,容易模块化，标准化。易于安装固定。,形状可以多样化，占空间比例小，质量比能量和体积比能量好。,缺点,内阻大，电芯内部不容易散热，寿命低。,安全防爆阀的设计要求高，能量密度相对低。,不容易固定，容易鼓包,回收及再利用,难，可回收利用价值低。,容易。,一般,目 录,A,B,C,Page,13,动力电池安全事故,动力电池基础介绍,动力电池安全措施,结构,安全,模组结构,箱体结构,绝缘,防护,绝缘检测,密封防水,热管理,安全,电池包加热,电池包制冷,充电,安全,充电协议,充电管理,热管理,Page,14,电池失效,失,效,模,式,结构不可靠,绝缘失效,漏水,热管理失效,BMS,失效,充电起火,结构设计,仿真分析,实验验证,Page,15,电池安全设计,GB/T 31467.2,GB/T 31467.3,静态仿真,动态仿真,结构强度,密封防护,1,、输入信号采集、输出信号控制；,2,、高压上下管理；,3,、充电控制；,4,、电池包母线高压测量，母线电流测量；,5,、,SOC/SOH/,绝缘电阻,/,内阻计算；,6,、电芯状态统计、电芯均衡功能控制；,7,、传感器自学习、故障诊断、故障存储功能，充电通信协议。,1,、电芯单体的电压采集；,2,、温度采集；,3,、执行电芯均衡功能。,Page,16,电池安全管理,电池管理系统从控制器,电池,管理系统主控制器,Page,17,电池热安全设计,方式,自然冷却,+PTC,直接加热,风冷,液冷,液冷,+,风冷,方式图,优劣,优势：,1,、结构简单,劣势：,1,、无冷却功能,2,、加热对电芯温度冲击大,优势：,1,、结构简单,劣势：,1,、,IP67,无法实现,2,、消耗大量电池电量,3,、温度均匀性较差,优势：,1,、温度均匀,劣势：,1,、整车配合高,2,、消耗少量电池电量,3,、热交换效率较低,优势：,1,、换热效率高,劣势：,1,、温度均匀性较差,2,、消耗少量电池电量,成熟度,国内技术成熟,国内技术成熟,国内技术成熟,国内技术不成熟,成本,低,低,中,高,适用,圆柱、方形、软包,方形、软包,圆柱、方形、软包,方形、软包,汽车动力蓄电池产品检验目录,Page,18,标准号,名称,备注,GB/T 31484-2015,电动汽车用蓄电池循环寿命技术要求及试验方法,GB/T 31485-2015,电动汽车用蓄电池安全技术要求及试验方法,GB/T 31486-2015,电动汽车用蓄电池电性能技术要求及试验方法,GB/T 31467.2-2015,电动汽车用锂离子蓄电池包和系统 第,2,部分：高能量应用测试规程,GB/T 31467.3-2005,电动汽车用锂离子蓄电池包和系统 第,3,部分：安全性要求与测试方法,QC/T 897-2011,电动汽车用电池管理系统技术条件,要求做,GB/T 18388-2005,电动汽车定型试验规程,电池一致性检测,资质申请,Page,19,如果想获得纯电动乘用车资质牌照，电芯、模块和系统必须由整车厂委托国家认定的检测机构检测，必须通过标准规范；,BMS,也必须通过,QC/T 897-2011,电动汽车用电池管理系统技术条件,检测；,3,万公里后的动力电池一致性检测，也必须满足要求（单体最大压差不超过,50mv,或续驶里程衰减率低于,10%,）,检测所需电芯,24,只，模块,22,组和系统,5+6,组；所需周期约,6090,天（除去循环性能测试，如测试循环性能约需,330,天）。详情见以下分解。,测试周期及样品要求,Page,20,分类,检测项目,检测周期,GB/T 31484-2015,GB/T 31486-2015,单体,模块,电,性,能,常温容量,新标准检测同期除工况循环寿命约,60,天；,加上标准循环寿命（,500,次）,170,天,/,（,1000,次）,330,天；,单体,4,只，模块,12,组,低温容量,高温容量,倍率容量,倍率充电性能,常温荷电保持与容量恢复,高温荷电保持与容量恢复,储存,耐振动,简单模拟工况,标准循环寿命,工况循环,热性能测试步骤及要求,Page,21,检测项目,测试步骤,合格要求,参考标准,单体,加热,1,，电芯充满电,2,，以,5/min,速率升温至,130,，并保温,30min3,，观察,1h,不爆炸、不起火,GB/T 31485-2015,温度循环,1,，电芯充满电,2,，从,25,开始试验，,60,分钟降至,-40,，保持,90,分钟，接着,60,分钟升温至,25,，继续用,90,分钟，升温至,85,，保温,110,分钟，继续用,70,分钟，降温至,25,。以上步骤循环,5,次。,3,，观察,1h,不爆炸、不起火、不泻漏液,GB/T 31485-2015,模块,加热,1,，模块充满电,2,，以,5/min,速率升温至,130,，并保温,30min3,，观察,1h,不爆炸、不起火,GB/T 31485-2015,温度循环,1,，电芯充满电,2,，从,25,开始试验，,60,分钟降至,-40,，保持,90,分钟，接着,60,分钟升温至,25,，继续用,90,分钟，升温至,85,，保温,110,分钟，继续用,70,分钟，降温至,25,。以上步骤循环,5,次。,3,，观察,1h,不爆炸、不起火、不泻漏液,GB/T 31485-2015,热性能测试步骤及要求,Page,22,检测项目,测试步骤,合格要求,参考标准,电池包,温度冲击,1,，电池包处于,100%SOC,状态,2,，电池包置于（,-402,）,（,852,）之间交变温度环境中，两种极端温度转变的时间小于,30min,。每个极端温度下保持,8h,，循环,5,次,3,，室温下观察,2h,无电解液泄漏、外壳破裂、着火或者爆炸等现象，试验后绝缘电阻值不小于,100/V,GB/T 31467.3-2015,湿热循环,1,，电池包处于,100%SOC,状态,2,，按照,GB2423.4,执行,Db,，最高温度,80,，循环,5,次,3,，室温下观察,2h,无电解液泄漏、外壳破裂、着火或者爆炸等现象，试验后,30min,内的绝缘电阻值不小于,100/V,GB/T 31467.3-2015,外部火烧,1,，电池包处于,100%SOC,状态,2,，汽油页面与测试样品表面距离,50cm,或车空载的离地间隙。汽油点燃预热,60s,之后，置于测试样品下，使测试样品直接暴露火焰下,70s,。,3,，将油盘盖上，保持,60s,或经过协商继续燃烧,60s3,，室温下观察,2h,无爆炸现象，若有火苗，应在火源移开,2min,内熄灭,GB/T 31467.3-2015,过温试验,1,，保持,BMS,及冷却系统正常工作,2,，以最大允许充放电电流持续工作直至电池管理系统起作用，或出现以下情况，停止试验：,1,）超过最高温度,10,；,2,）,1,小时内最高温度变化小于,4,；,3,）出现其他意外情况,无放电电流锐变，电压异常，试验后电池系统无电解液泄漏、外壳破裂、着火或者爆炸等现象，试验后绝缘电阻值不小于,100/V,GB/T 31467.3-2015,热性能测试步骤及要求,Page,23,序号,检验项目,样品分组及数量,QCT897-2011,1,绝缘电阻,样品,1,、,2,、,3,2,绝缘耐压性能,样品,1,3,电池系统状态监测,样品,1,、,2,、,3,4,SOC,估算,样品,2,5,电池故障诊断,6,安全保护,7,过电压运行,8,欠电压运行,9,高温运行,10,低温运行,11,耐高温性能,12,耐低温性能,13,耐盐雾性能,14,耐湿热性能,样品,3,15,耐振动性能,16,耐电源极性反接性能,样品,1,17,电磁辐射抗扰性,谢谢！,Page,24,