动力电池安全"从小做起"

发布日期:2019-09-30
核心提示:2019年,新能源汽车补贴政策的退坡着实让厂商揪心了一把,而更让人揪心的是事故频发的动力电池。看到新闻中起火燃烧甚至爆炸的电

2019年,新能源汽车补贴政策的退坡着实让厂商揪心了一把,而更让人揪心的是事故频发的动力电池。看到新闻中起火燃烧甚至爆炸的电动汽车,不知广大车主作何感想?难道我们每天驾驶的是一颗定时炸弹?哦不,是不定时炸弹!电池何时变身愤怒的小鸟,谁也摸不透,着实让人细思极恐。相较而言,一直低调的比亚迪却从未发生过一起电池安全事故,这当然不是靠运气,靠的是过硬的技术储备。

 

众所周知,比亚迪动力电池同时涵盖了磷酸铁锂电池和三元锂电池,而安全性较高的磷酸铁锂电池多用于大型商用车,而普遍存在安全问题的基本是配备在乘用车上的三元锂电池。从单体结构上来看,三元锂电池又分为软包电池、硬壳方形电池以及圆柱形电池三种。与软包电池相比,硬壳方形电池有三大优势:首先,其热管理模块比软包电池更简单,而成组硬壳方形电池的能量密度又远高于软包电池;其次,软包电池是靠两层聚合物粘贴在一起实现密封的,而硬壳方形电池是通过一个金属铝的焊接实现密封。所以在密封性方面,硬壳方形电池要强于软包电池。第三,当出现热失控的时候,硬壳方形电池是可以通过定向设计实现排气、排火。即使某个单体失控了,也可以通过排火通道释放掉单体的能量,而软包电池无法实现。相比之下,特斯拉采用的圆柱形电池单体体积更小,在满足相同续航里程的条件下,圆柱形电池所需数量比硬壳方形电池多得多,因而电池的一致性很难保证,管控风险也会增加。例如一辆model x需要超过7000块的18650圆柱形电池整合在一起。另外,相比方形电池的铝制硬壳,圆柱形电池钢制外壳质量更重,电芯间空隙更大,所以更易受到能量密度天花板的限制。因此,比亚迪选择采用综合安全性更优的硬壳方形电池方案。

 

为了保证动力电池与整车制造的高度集成化,品质统一化。比亚迪已经形成了一套从矿产开发到原材料研发、电芯设计和制造工艺、BMS制造、模组跟PACK研发和制造以及梯次利用与回收的完整产业链,顺利整合实现7个维度4个层次的电池整体安全。让电池研发与整车产业链联动更加紧密,反馈优化工作更加高效,最重要的是保证动力电池安全品质可追踪,可掌控。

 

 

在单体层面,选用更可靠的硬壳方形电池并不意味着电池安全就高枕无忧,模组层面的链接和隔离工艺设计更是与电池安全息息相关。首先,单体电池要协力输出电力,需要链接起来。在这方面,比亚迪在模组内部采用了业界领先的软连接加激光焊接工艺,整个电池模组规整可靠,告别了粗电线链接的原始方式,完全杜绝摩擦导致的短路风险。在模组之间,比亚迪也选择了工艺更加先进且安全的铝排焊接替代了螺纹连接。如果说,链接技术是电池模组的主动安全,隔离技术就是被动安全。通过对问题单体"分而治之"化险为夷,即模组的隔热隔火设计。模组热失控管理主要依靠单体电池之间的气凝胶实现。气凝胶通过PET封装,整体导热系数小于0.04w/K.m,可以很好的延缓单体之间的热量传递,将出现问题的个别电芯隔离,保障电池模组的整体安全。

 

如果模组层面安防也失效了,就要升级到电池包层面。针对猛烈撞击导致的电池起火现象,比亚迪巧妙设计了窝蜂结构的铝合金材质电池托盘。通过大量的实验证明,这种结构在发生碰撞和剐蹭时,会发生溃缩,更好地吸收外界施压产生的能量。同时,电池包上还采用隔热隔火设计、能量泄放装置和自动灭火装置,当激烈撞击导致车辆起火时,驾乘人员有足够的逃生时间,同时能量的自动泄放也可以将火情控制在一定范围之内。

 

 

在软件方面,比亚迪的电池管理系统BMS也对电池安全发挥了至关重要的作用。对每个单体电芯的电压、电流、温度等实时状态进行采集,实现了更高的采集精度、同步性和采集频率,为电池管理的优化提供了坚实的基础。基于精准的数据采集,BMS可以准确计算出电池的剩余电量、可支持里程以及电池的安全寿命以指导电池控制,方便车主掌握车辆状态,也是对整个系统软、硬件功能安全的保障。此外,BMS在后台云数据库的支持下,结合AI算法,可实现更加智能的电池管理,进一步优化电池效能。

 

 

例如,针对普遍存在的过充问题,比亚迪预设了多个防护层次:首先是BMS精确探测电池的电压,实时监测电池的状态,充到不同的电压执行不同的命令,通过限流和切断继电器的方法来控制充电的状态。如果此项失效,将采用机械 CID(Current Interrupt Device)装置。通过在电池单体上设计一个翻转片,CID在电池过充导致内部压力升高时断开电路。由于电池包的单体是串联的,只要有一节单体断开,整个回路就断电了。值得注意的是,CID作为一个纯硬件的保护装置是比亚迪的专利技术。

 

 

对于新能源汽车来说,最重要的部分莫过于动力电池。在这方面,比亚迪术业专攻了15年,不仅在能量密度和电池管理都做到了行业的领先,更重要的是积累出一整套逻辑缜密、环环相扣的电池安全解决方案。对消费者而言,操控性能与续航里程固然重要,但这一切都是以安全为前提的。动力电池的安全不是个亡羊补牢的问题,如果不在电池系统开发阶段就设计好每一个可能涉及安全的细节,隐患是永远存在的。而比亚迪从研发源头就对动力电池安全方方面面的问题都有着系统性思考和整体掌控,为用户提供安全放心的产品是实实在在的承诺。

 

 

 

 


 
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