動力電池安全智能系統(tǒng)實例分析及建議

2015年以來，電動汽車被燒事件一而再三地被媒體曝光。如何解決好這個問題，2017年5月6日-7日，由清華大學主辦的第一屆全國鋰離子電池安全性技術研討會在北京召開，歐陽明高教授認為，解決好動力電池熱失控需要三板斧。這些說明，要解決好電動汽車上動力電池的安全，一是行業(yè)上下都必須要高度重視，二是要研發(fā)出技術指標較高的系統(tǒng)（總成件），三有了這樣的系統(tǒng)以后，要積極配置到汽車上來。筆者將自己對動力電池安全智能系統(tǒng)及實例分析及建議，分享給大家，供大家參考。

一、動力電池安全隱患的誘因

動力電池是能源載體，說明其安全隱患誘因是客觀存在的。按照歐陽明高教授的總結，大致可以分為三大類：

1）外部高溫會導致電芯防爆膜破裂，電解液噴出，會發(fā)生燃燒、起火。在外部高溫環(huán)境下， 電解液分解物與正極、負極發(fā)生反應，電芯隔膜將融化分解等導致內部短路，電能量釋放也多會產生大量的熱量。

圖1 試驗數據示意圖

試驗數據顯示，當電池單體溫度達到135℃時，隔膜開始融化，電壓下降；150℃電池電壓快速下降，等溫度高達245℃時，隔膜完全崩潰。結論是，電池單體工作溫度在40℃～50℃之間是比較理想的。結論是，如果高于或低于這個溫度范圍都是不利于電池正常使用的。

2）動力電池內部的雜質、金屬顆粒、充放電膨脹與收縮、析鋰等都有產生動力電池內部短路的可能。由動力電池內部雜質引起的內短路的過程的機理，目前全世界專家還在研究階段。

結論是，目前要做到消除動力電池內部的雜質等誘因，理論上還沒有找到可行的辦法。

3）汽車機械受損如強烈的撞擊、翻車、擠壓也是無法規(guī)避的客觀事實。機械受損會導致電池發(fā)生機械損壞，在很短的時間內，會發(fā)生動力電池短路。結論是，汽車是運動物體，動力電池的機械受損也是一個大概率事件。

二、動力電池發(fā)生安全事故的人為因素

1）由于充電操作不當導致外部短路。導致電池放電電流很大，會使電芯發(fā)熱，高溫會使電芯內部的隔膜收縮或完全壞壞，造成內部短路，因而爆炸。結論是，進行培養(yǎng)，加強管理是一個十分必要的基礎管理工作。

2）電池過充導致正極的鋰過度放出會使正極的結構發(fā)生變化。而放出的鋰過多也容易無法插入負極中，也容易造成負極表面析鋰，而且，當電壓達到4.5V以上時，電解液會分解生產大量的氣體，從而導致電池鼓脹，嚴重的話甚至會冒煙起火。結論是，要通過聲光等措施要能及時告知要告訴操作人員，同時技術措施立即到位。要能杜絕這個行為的發(fā)生。

3）過放會導致電池正極材料分子結構損壞，從而導致充不進去電。結論是，要通過聲光等措施要能告知要告訴操作人員，同時技術措施上，要能杜絕這個行為的發(fā)生。

4）IP防護等級不達標，導致電池內部水份含量過高。水份可以和電芯中的電解液反應，生產氣體，充電時，可以和生成的鋰反應，生成氧化鋰，使電芯的容量損失，易使電芯過充而生成氣體，水份的分解電壓較低，充電時很容易分解生成氣體，當這一系列生成的氣體會使電芯的內部壓力增大，當電芯的外殼無法承受時，電芯就會爆炸。

三、動力電池安全安防范措施

1）BMS管理系統(tǒng)要具備自動規(guī)避人為不當操作的功能。

2）動力電池單體生產中過程控制措施到位。主要是要保障單體質量要高、一致性要高。電池包的IP等級要符合電動汽車的技術要求；

3） BMS管理系統(tǒng)要能控制電動系統(tǒng)環(huán)境溫度，要保持適宜，具有自動調節(jié)功能；

4）低溫環(huán)境下，BMS管理系統(tǒng)要能對動力系統(tǒng)自動加溫，對即將發(fā)生燃燒時（或爆炸時刻），要能自動消除這些；