動力鋰電池系統(tǒng)所面對的安全風(fēng)險

時間:2021-11-01

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導(dǎo)語:近年來,隨著電動汽車的快速發(fā)展,如何解決電動汽車所帶來的安全問題,又成為汽車行業(yè)的新的話題和難點(diǎn)。

  由于人們對新事物的認(rèn)知有個過程,初期難免抱有懷疑和不信任的態(tài)度,所以任何一次有關(guān)電動汽車的安全事故,都會導(dǎo)致公眾對電動汽車安全性的疑慮進(jìn)一步加深,阻礙電動汽車的發(fā)展和普及。

  其實(shí),傳統(tǒng)的燃油車由于碰撞或自燃所導(dǎo)致的車輛起火事故,每年在全球都會發(fā)生很多起,造成嚴(yán)重人員傷亡的也為數(shù)不少,并不會造成公眾的廣泛關(guān)注和質(zhì)疑。公眾之所以對電動汽車的安全事故這么敏感,除了電動汽車發(fā)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(jī)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鋰離子電池呢?

  電動汽車(包括混合動力汽車)與傳統(tǒng)的燃油車有很多相同之處,又有一些不同之處。其運(yùn)行工況、使用環(huán)境、車身結(jié)構(gòu)、內(nèi)外造型等基本沒有什么差異,最大的差別在于驅(qū)動方式和能量的來源。因為引入了電力驅(qū)動,所以就存在諸如“電擊”和“短路”之類的風(fēng)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(fēng)險。因為化學(xué)電池本身的穩(wěn)定性問題,又會帶來許多超出人們“傳統(tǒng)”認(rèn)知的風(fēng)險。

  新生事物總是脆弱的,要經(jīng)受各種懷疑,更何況是與人身安全息息相關(guān)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(chǎn)品的人,我想畢竟是少數(shù)吧。所以,不管是國家層面的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn),還是公司層面的產(chǎn)品和技術(shù)研發(fā),都必須做到以人為本,切實(shí)的解決產(chǎn)品的風(fēng)險和隱患,消除民眾的疑慮,從而推動新能源汽車的發(fā)展。我們,沒有任何理由拿不成熟不可靠的產(chǎn)品,來忽悠公眾和消費(fèi)者,為公司或個人的私利服務(wù)。下文將從動力鋰離子電池的各項參數(shù)詳細(xì)解析動力鋰離子電池的安全要素。

  一、動力鋰離子電池系統(tǒng)的構(gòu)成

  作為電動汽車的動力來源,或動力來源之一,動力鋰離子電池系統(tǒng)通常由電芯(Cell)、電池管理系統(tǒng)(BMS)、冷卻系統(tǒng)(Coolingsystem)、線束(Harness)、外殼(Housing)、結(jié)構(gòu)件(mechanicalparts)等相關(guān)組建構(gòu)成,如下圖所示:

  動力鋰離子電池系統(tǒng)構(gòu)成

  日產(chǎn)leaf動力鋰離子電池系統(tǒng)

  可以看出,動力鋰離子電池系統(tǒng)的構(gòu)成還是相當(dāng)復(fù)雜的,既有電芯這類化學(xué)物體,也有復(fù)雜的電子電氣系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng),還有傳統(tǒng)的各類機(jī)械部件,涉及到的專業(yè)種類非常的多,加上惡劣的運(yùn)行環(huán)境,所面對的安全風(fēng)險也很廣泛。

  二、動力鋰離子電池系統(tǒng)所面對的安全風(fēng)險

  動力鋰離子電池系統(tǒng)所面對的安全風(fēng)險,重要與其內(nèi)部部件的特性和外部的使用和運(yùn)行環(huán)境相關(guān),構(gòu)成了產(chǎn)品安全設(shè)計的重要挑戰(zhàn)。

  1)電芯會不會起火爆炸?

  動力鋰離子電池系統(tǒng)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(dá)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(yùn)含的能量相當(dāng)于103克的TNT炸藥。

  一輛純電動汽車,其使用的電芯通常重達(dá)幾百公斤,以100公斤電芯計算,總能量就相當(dāng)于10公斤TNT炸藥。換著是誰,心里都會發(fā)毛,這東西會不會不穩(wěn)定,會不會起火,甚至爆炸啊?

  2)會不會出現(xiàn)電擊事故?

  為了提升整車的驅(qū)動效率,動力鋰離子電池的直流輸出電壓通常都在100V以上,有時高達(dá)400V以上,有一定電氣常識的人都了解,直流電壓超過60V,就是危險電壓。

  每年,因為電器、電線、電力設(shè)備等漏電所造成的電擊事故,都會發(fā)生很多,也經(jīng)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?yán)锩娴母邏簬щ姴考瑫粫╇?,并進(jìn)而造成電擊事故?

  3)能不能經(jīng)受各種惡劣的環(huán)境?

  車輛的運(yùn)行和使用環(huán)境非常復(fù)雜,既要經(jīng)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(qū),也有要經(jīng)常涉水的地方。

  車輛在行駛過程中,要經(jīng)歷高低溫的循環(huán)考驗,要經(jīng)歷沿海的腐蝕性氣候,要經(jīng)歷暴雨洗禮和大水浸泡,要經(jīng)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(huán)境面前,動力鋰離子電池系統(tǒng)能夠經(jīng)受考驗,不出現(xiàn)嚴(yán)重的安全風(fēng)險嗎?


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