如何层层设防,比亚迪电池安全探秘

国内新能源汽车兴起,电动汽车成为越来越多消费者的选择,但伴随而来的是电动车起火事件频发。很多电动汽车起火都是因电池而起,电池热安全管理是体现厂商水平高低的重要方面。作为新能源汽车的引领者,比亚迪是全球范围最早进行电动汽车研发生产企业之一,在电动汽车安全方面积累了丰富的经验,创造了十五年无电池安全事故的行业记录。比亚迪是怎样做到的?本文带你一探究竟。

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电动汽车依靠电池提供动力,因此,对电动汽车来说,由众多电芯组成的电池可以被看作是一支由众多个人组成的强大组织。对电池的安全管理,可以看作是对这个组织的管理,对人的管理。具体而言,比亚迪电池安全管理称为七维四层矩阵,则集中体现了比亚迪电池安全管理的智慧。

单体电池电池安全之本

单体电池,也就是电芯,是电池的最小单位。可以理解为一个团体中的人。因此,要避免电池的热失控,首先要做的是保证每一个“人”的素质过硬,如同学校和家庭对每个人的培养和养育一样,质量过硬、设计科学的电芯,可以很好地杜绝危险情况的发生。电芯的好坏涉及到电芯的选材、正负极稀土元素的比例,以及基本的选型。比亚迪目前已经拥有了从矿产到电池回收的全产业链的电池产品布局。最早选择的是磷酸铁锂电池,后来选用三元锂电池,比亚迪也没有贸然采用某些厂家采用的更为激进的811电池,而是从安全考虑,选用更安全的科学配比。在选型上,比亚迪单体电池选用方形硬壳电池,既有利于电池组包,又有利于搭载必要的安全设计,可谓一举两得。基于科学的选材与选型,比亚迪在单体电池的方形硬壳上,进一步实现了单体之间的绝缘设计、防爆阀和CID翻转片的设计,让汽车电池的每一个电芯都“素质过硬”,为整体电池安全奠定基础。

模组利用隔离避免热失控

模组是单体电池的组合。在单体层面,厂家用选材和选型保障了电芯的可靠,但这并不意味着电池安全就可以高枕无忧。单体的质量被把控之后,模组承担了两个主要的功能,一个是链接,一个是隔离。所有单体要齐心协力输出电力,必须依靠链接。在这方面,比亚迪在模组内部采用了业界领先的软连接+激光焊接工艺,整个电池模组规整可靠安全,一举告别了依靠粗电线链接的方式,杜绝了因摩擦导致短路的风险。而在模组之间,比亚迪采用了先进的铝排焊接替代了螺纹连接,工艺更先进也更安全。模组层面的安全设计主要是隔离,也就是通过隔离对问题单体“分而治之”。这就是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。通过将个别出现问题的电芯隔离,杜绝影响给其他单体电芯,从而保障了电池模组层级的安全。

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电池包:守护电池安全的“烈火英雄”

从单体到模组再到电池包,电动车电池的“安防”等级逐步升级。模组的隔热隔火设计是为了预防单体电池的突发情况,电池包层面的设计则是为了防止模组安防失效,同时也针对因猛烈撞击等导致的起火现象,其电池托盘采用韧性高的铝合金的材料,切开你会发现,其结构是空心的,并且仔细观察,会发现结构是有规则的窝蜂结构,之所以设计这种结构,是因为通过大量的实验证明,这种结构在发生碰撞和磕碰时,会发生溃缩,能更好的吸收碰撞和磕碰产生的能量。并且在电池包上还采用隔热隔火设计、能量泄放装置,甚至包括自动灭火装置。这些装置保障了当激烈撞击发生导致电动汽车起火之后,驾乘人员足够的逃生时间,同时能量的自动泄放也可以将火情控制在一定范围之内。在能量泄放装置里,比亚迪工程师们还设计了一个气体定向排放的功能。即当电池内部各种原因产生大量气体之后,通过泄放压力的方式,杜绝了内压增高导致爆炸的危险。

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BMS:法网恢恢疏而不漏

有了隔离措施及灭火机制,剩下的就是利用“科技手段”对电池进行监控了。这就是电池管理系统BMS。BMS的任务就是通过一些传感器时刻监控预电池里的一举一动,预防火灾发生。如监测到危险情况立刻采取必要措施,如切断充电器,甚至切断线路等,为电池安全把好最后一道关。

具体来说,BMS系统主要有三个作用。一是准确估测动力电池组的荷电状态 (State of Charge,即SOC),即电池剩余电量,保证SOC维持在合理的范围内,防止由于过充电或过放电对电池造成损伤,并随时显示车辆储能电池的荷电状态,即储能电池的剩余能量。

其次对电池进行动态监测。在电池充放电过程中,实时采集电动汽车动力电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压,防止电池发生过充或过放的情况。同时能够及时给出电池状况,识别出有问题的电池,保持整组电池运行的可靠性和高效性。除此以外,还要建立每块电池的使用历史档案,为进一步优化和开发新型电、充电器、电动机等提供资料,为离线分析系统故障提供依据。

最后,实现电池间的均衡。BMS系统可以实现单体电池均衡充电,使电池组中各个电池都达到均衡一致的状态。

电动车的商业化进程中,安全才是电动汽车选购的第一要素,没有安全,电动汽车所有的优势都将无从谈起。比亚迪在单体、模组、电池包,系统四个方面层层布防,各司其职,相互配合,构建了科学的电池安全体系,保障了电池安全万无一失。

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