發(fā)展新能源汽車(電動汽車),電池是一個瓶頸。為了破解這個,大家把精力放在提高動力電池的比能量上了,于是比能量目前是天天在提高。但是,從理論上講,比動力電池能量越高,將其安裝到車上后,其安全性的考量也越來越重要了。今天,純電動汽車一次充電行駛里程超過200公里了,市場上接受度基本得到認可了,但是對電動汽車安全性,用戶接受是“零容忍”。如何做到絕對安全?才是電動汽車推廣又一個要面對的新瓶頸。下面介紹《動力電池包安防系統(tǒng)原理及實例》,就是要求實現(xiàn)電動汽車在動力電池這一塊必須是100%的安全。

一、動力電池是相對安全的

動力電池是電化學(xué)產(chǎn)品,即是危險品。但是其危險品的等級是相對較低的,國際上有關(guān)組織對危險品等級進行了劃分。動力電池等級是第8、9級的危險品。其與炸彈、鞭炮、汽油、柴油相比,在常態(tài)下,不會爆炸、不會起火。但是動力電池裝到了汽車上以后,其環(huán)境發(fā)生很大變化,而汽車發(fā)生安全事故頻率目前還是很高的。動力電池在汽車發(fā)生事故(碰撞、翻車等)當(dāng)中,能不能保障不發(fā)生次安全事故?如果動力電池系統(tǒng)在意外情況下發(fā)生了內(nèi)部短路,能不能保障不發(fā)生安全事故?如何發(fā)生了電動電池安全事故,有沒有辦法防止其放大?以上是必須要回答的,是不能回避的。

二、在極端條件下,動力電池發(fā)生事故概率是客觀的

在目前的技術(shù)條件下,汽車在高速行駛過程中,發(fā)生安全事故的概率是相對高的。在技術(shù)能力不能滿足要求的前提下,目前基本做法是,通過教育和管理手段,來保障汽車的安全性。而實際上傳統(tǒng)汽車安全措施也是在持續(xù)改進,但是汽車發(fā)展速度也越來越快,汽車駕駛從一種職業(yè)變成了個人的生活技能。這個對汽車安全性要求也越來越高了。同理,動力電池在常態(tài)下,其危害性不大,但是電動汽車要進入平常老百姓家里了,電動汽車就是一件家用電器,其安全性必須保障100%。筆者認為目前家用電器能做到,電動汽車也是能夠能做到的。動力電池作為一個汽車總成件,市場要求其安全性必須做到與汽車同生命周期的100%。

三、動力電池安全措施是一個系統(tǒng)

動力電池安全措施是一個系統(tǒng)工程。從動力電池單體生產(chǎn)到電池包的集成、到電池系統(tǒng)裝置完成、到整車安裝布置、到用戶日常車輛保養(yǎng),都是有安全技術(shù)要求和安全責(zé)任的。而重點是動力電池包的安防技術(shù)的提升,這已經(jīng)深入到安全消防范疇了。目前動力電池安全技術(shù),從電體的材料、電池包、電池系統(tǒng)及接插件、線束的安全等級安全都是在持續(xù)提高。但是按家用電池的安防要求來講,其差距依然較大,否則就不會出現(xiàn)一次會燒80、90臺新能源客車事件。人命關(guān)天,安全無小事。要發(fā)展新能源(電動)汽車,必須把不安全的可能性降到零。

四、對動力電池包的基本安全要求

按照國家有關(guān)標準,對6m以上客車的車載電池包,要求配置自動滅火器總成。當(dāng)然從技術(shù)上,對車載動力電池包的基本要求是,其技術(shù)指標穩(wěn)定性要好、他自己不出現(xiàn)質(zhì)量問題。在出現(xiàn)極端情況下,也不能出現(xiàn)短路、過熱、不能起火,更不能出現(xiàn)爆炸。如果出現(xiàn)了以上情景,必須在相當(dāng)短的時間里,把安全事故的危險降到最低,必須確保人員的安全。

五、技術(shù)上對電池包安全措施(總成件)的要求

(1)這個總成件體積要小、重量要輕,相對電池包而言,要做到可以忽略不計。其理由是,動力電池包空間十分有限,目前提高電池包的比能量,其任務(wù)很重。

(2)主動探測、數(shù)據(jù)分析及研判、控制、管理多重功能高度集成,能智能分析電池?zé)崾Э仉A段并進行自動干預(yù)控制,理由是電池包是一個動態(tài)工作系統(tǒng),其指標值是不斷變化的,而且是隨機的。這些功能必須是智能化的。

(3)與BMS管理系統(tǒng)必須能對接。將探測到電池箱內(nèi)因內(nèi)部短路、過度充放、外部短路等導(dǎo)致火災(zāi)初期所產(chǎn)生的氣體、量、煙霧、明火等信息,通過數(shù)據(jù)總線及時傳遞給控制總臺。其理由這已經(jīng)是基本功能了。

(4)在無電源條件下,當(dāng)環(huán)境溫度到規(guī)定值時,滅火裝置能自動啟動,完成其設(shè)計功能。其理由是,電動汽車經(jīng)常處于停止狀態(tài),而動力電池內(nèi)部做功并沒有停下來,而這個時間內(nèi)發(fā)生安全事故的概率極大。有了這個功能,才能做到安全萬無一失。

六、傳統(tǒng)滅火產(chǎn)品特點介紹

目前二氧化碳類的產(chǎn)品已經(jīng)普遍用于發(fā)動機艙和客車車身上了。這類產(chǎn)品用于動力電池箱滅火,開始用到電動包里。但不足的是,體積過大,滅火后遺留物太多,清理十分困難。發(fā)生新的安全事故,目前其控制智能化較低,推廣十分困難。七氟丙烷用于動力電池箱滅火,也有不足,主要是與電池包生產(chǎn)廠家對接,要將液態(tài)運輸?shù)诫姵匕鼉?nèi)部,要一定長度的管路支持,其工藝布置比較困難。

七、新型的動力電池包安防系統(tǒng)

下面是710研究所研發(fā)的動力電池安防產(chǎn)品(為軍轉(zhuǎn)民品),筆者將學(xué)習(xí)體會,分享如下:

(1)體積小、重量輕,安裝靈活方便,撲滅1立方空間火情最低僅需28克藥劑。

(2)以秒級速度快速滅火,感溫自動或手動啟動,裝置全方位立體淹沒式噴發(fā)。

(3)無壓儲存,無復(fù)雜管網(wǎng)、防水防潮,耐溫防腐,十年免維護。

(4)釋放后亞納米顆粒隨煙氣排出,無殘留附著物,無毒無害,易于維護清理。

其基本原理:

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時,氣溶膠自動滅火裝置通過電啟動或感溫啟動方式引發(fā)滅火藥劑發(fā)生作用,迅速產(chǎn)生大量亞納米級固相微粒和惰性氣體混合物,即氣溶膠,以立體全淹沒式作用于火災(zāi)發(fā)生的每個角落,快速撲滅火災(zāi)。

八、總結(jié)

中國船舶重工集團公司第七一〇研究所是國家863計劃高技術(shù)項目研究單位,擁有一支涉及機械、電子、材料、自動控制、精密儀器、計算機軟硬件、系統(tǒng)仿真等專業(yè)經(jīng)驗豐富的科研隊伍。

如何借助國家隊資源,解決目前新能源汽車發(fā)展過程面對的許多技術(shù)的難題,是值得我們行業(yè)人士認真學(xué)習(xí)和思考的事情。發(fā)展新能源汽車是國家大戰(zhàn)略,將軍用產(chǎn)品民品化,造福老百姓,也是一條基本思路。