动力电池安全介绍及相关措施
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2. 2013 年 Tesla Model S 起火事件
事故原因： 汽车在高速运行中，与路面上的大型金属物体发生碰撞，底盘 （电池包外壳）被刺穿，导致电池内部短路，引发热失控。
3. 2011 年 雪佛兰沃蓝达 PHEV 起火事件
事故原因： 车辆在碰撞测试中锂电池组受损，经过翻滚试验后电池热管理 系统的冷却液泄露并与电池组件接触，有导致电池内部短路的风险，并会 最终引发自燃。
比亚迪 E6
原因
运行中车辆自燃（电池漏液、绝缘受损以及局部 短路等）
碰撞后起火 /爆炸（电池组被刺穿）
陆地方舟 五洲龙 五洲龙
行驶中起火冒烟（电池组短路） 充电时起火自燃（电池严重过充） 行驶中车辆自燃（初步判断为电瓶搭线处起火）
电池事故
1. 2008 年 Prius PHEV 起火事件
事故原因： 因装配设计存在缺陷（报道中称用户对电池包进行了改装）， 行驶中电池组某处接头松动，该处电阻增大，异常生热导致其附近温度过 高，并最终引发热失控，并波及整个电池包。
明显 不好 不好 容易 较好
方形叠片
恒定 正、负多极耳
无差异 良好 优良 较难 好
软包卷绕
变张力 可多极耳，但操作困难
不明显 良好 较好 容易 一般
优点
生产工艺成熟，一致性好，成本 容易模块化，标准化。易于安装形状可以多样化，占空间比例小，
低。
固定。
质量比能量和体积比能量好。
缺点
内阻大，电芯内部不容易散热， 安全防爆阀的设计要求高，能量
电池管理系统从控制器
1、输入信号采集、输出信号控制； 2、高压上下管理； 3、充电控制； 4、电池包母线高压测量，母线电流测量； 5、SOC/SOH/ 绝缘电阻 /内阻计算； 6、电芯状态统计、电芯均衡功能控制； 7、传感器自学习、故障诊断、故障存储功 能，充电通信协议。
1、电芯单体的电压采集； 2、温度采集； 3、执行电芯均衡功能。
结构 安全
充电 安全 ? 充电协议 ? 充电管理 ? 热管理
? 绝缘检测 ? 密封防水
绝缘 防护
热管理 安全
? 电池包加热 ? 电池包制冷
电池安全设计
结构设 计
结构强度 密封防护
GB/T 31467.2 GB/T 31467.3
Page 15
实验验 证
仿真分 析
静态仿真 动态仿真
电池安全管理
电池管理系统主控制器
Page 16
电池热安全设计
方式
自然冷却 +PTC 直接 加热
风冷
液冷
液冷 + 风冷
方式图
优劣
成熟度 成本 适用
优势：1、结构简单 劣势：1、无冷却功能 2、加热对电芯温度冲 击大
国内技术成熟 低 圆柱、方形、软包
优势：1、结构简 单 劣势：1、IP67无 法实现 2、消耗大量电池 电量 3、温度均匀性较 差
速充电体系
工艺
? 卷绕技术 ? 圆柱电池 ? 软包技术
铝壳技术 方形电池 叠片技术
Page 10
电池类别
序号
项目
1
电芯图
圆柱行
2
模组图
3
液冷模式
Page 11
方形
软包
电池类别
结构设计影响
极片、隔膜张力 极耳数目
电芯内外层差异 散热特性 倍率特性
单体自动组装难度 电池一致性
圆形卷绕
恒定 正、负单耳
? 电动汽车起火事故的直接成因总结：过热、内短路、外短路、碰撞、 针刺…
? 锂离子动力电池安全性事故的主要表现为锂离子电池的热失控
Page 3
锂离子动力电池热失控的发生机制
? 锂离子电池在正常充放电反应外，还存在许多潜在的放热副反应。当 电池温度过高或充电电压过高时，容易引发[1] 。[1] 武汉大学，锂离子动力电池的安全性问题。艾新平
锂电池技术
电池为一种能量转换装置。 充电时，电能转换为化学能储存 起来；放电时，化学能转换为电 能。
? 一次电池，电池的反应是不可 逆。
? 二次电池，电池的反应可逆， 可进行多次反复充放电。
Page 9
锂电池体系及工艺
体系
? 三元体系VS锂酸铁锂体系 ? 钛酸锂负极体系 ? 碳纳米管、石墨烯添加，快
寿命低。
密度相对低。
回收及再利用
难，可回收利用价值低。
容易。
不容易固定，容易鼓包 一般
Page 12
目录
A 动力电池安全事故 B 动力电池基础介绍 C 动力电池安全措施
Page 13
电池失效
失 效 模 式
Page 14
结构不可靠 绝缘失效
漏水 热管理失效 BMS失效 充电起火
? 模组结构 ? 箱体结构
新能源汽车三大核心技术： 1、电控 2、电机 3、电池
Page 6
电池构造
Page 7
电池系统主要组成： 1、模组； 2、管理系统（ BMS）； 3、高压控制系统（ BDU）； 4、热管理系统； 5、结构支撑件、线束、同排； 6、壳体； 7、接插件及安全开关。
电池技术
锂电池技术
Page 8
目前的成熟技术： 锂离子电池技术
国内技术成熟
低
方形、软包Hale Waihona Puke Baidu
优势：1、温度均匀 劣势：1、整车配合 高 2、消耗少量电池电 量 3、热交换效率较低
动力电池安全介绍及相关措施
目录
A 动力电池安全事故 B 动力电池基础介绍 C 动力电池安全措施
Page 1
新能源汽车事故
特斯拉
时间作为新的汽车产品地形点态，新能源汽车频发的起火原、因爆炸等
2013年10月1日 美国西雅图南部公路
行驶中车辆自燃（路面硬物刺穿电池组）
2013事年故10月也1引8日发墨了西全哥社高会速行高驶度关注。
碰撞后起火（车体断裂）
2016年1月1日 挪威耶尔斯塔临时超级充电站 充电时起火/爆炸（原因有待查明）
Page 2
时间
2011年4月11日
2012年5月26日
2015年3月27日 2015年4月26日 2016年3月16日
地点
杭州-公路
深圳-公路
漳州-公交站 深圳-充电站 深圳-公交站
自主品牌
品牌
众泰朗悦
碰撞后起火/爆炸（电池组被刺穿）
2013年11月7日 美国田纳西州士麦那
行驶中车辆自燃（电池组被刺穿）
2013年11月15日 美国加州奥兰治县居民车库 充电器过热起火
2014年2月初 加拿大多伦多居民车库
熄火后车辆自燃（原因不明，但已排除电 池、充电系统、适配器或电源插座）
2014年7月4日 美国洛杉矶高速公路
主要的 过热 副反应 1. SEI膜分解导致电解液在裸露的
高活性碳负极表面的还原分解； 2. 充电态正极的热分解； 3. 电解质的热分解； 4. 粘结剂与高活性负极的反应；
[1]
[2]
Page 4
目录
A 动力电池安全事故 B 动力电池基础介绍 C 动力电池安全措施
Page 5
电动汽车三大核心技术
事故原因： 汽车在高速运行中，与路面上的大型金属物体发生碰撞，底盘 （电池包外壳）被刺穿，导致电池内部短路，引发热失控。
3. 2011 年 雪佛兰沃蓝达 PHEV 起火事件
事故原因： 车辆在碰撞测试中锂电池组受损，经过翻滚试验后电池热管理 系统的冷却液泄露并与电池组件接触，有导致电池内部短路的风险，并会 最终引发自燃。
比亚迪 E6
原因
运行中车辆自燃（电池漏液、绝缘受损以及局部 短路等）
碰撞后起火 /爆炸（电池组被刺穿）
陆地方舟 五洲龙 五洲龙
行驶中起火冒烟（电池组短路） 充电时起火自燃（电池严重过充） 行驶中车辆自燃（初步判断为电瓶搭线处起火）
电池事故
1. 2008 年 Prius PHEV 起火事件
事故原因： 因装配设计存在缺陷（报道中称用户对电池包进行了改装）， 行驶中电池组某处接头松动，该处电阻增大，异常生热导致其附近温度过 高，并最终引发热失控，并波及整个电池包。
明显 不好 不好 容易 较好
方形叠片
恒定 正、负多极耳
无差异 良好 优良 较难 好
软包卷绕
变张力 可多极耳，但操作困难
不明显 良好 较好 容易 一般
优点
生产工艺成熟，一致性好，成本 容易模块化，标准化。易于安装形状可以多样化，占空间比例小，
低。
固定。
质量比能量和体积比能量好。
缺点
内阻大，电芯内部不容易散热， 安全防爆阀的设计要求高，能量
电池管理系统从控制器
1、输入信号采集、输出信号控制； 2、高压上下管理； 3、充电控制； 4、电池包母线高压测量，母线电流测量； 5、SOC/SOH/ 绝缘电阻 /内阻计算； 6、电芯状态统计、电芯均衡功能控制； 7、传感器自学习、故障诊断、故障存储功 能，充电通信协议。
1、电芯单体的电压采集； 2、温度采集； 3、执行电芯均衡功能。
结构 安全
充电 安全 ? 充电协议 ? 充电管理 ? 热管理
? 绝缘检测 ? 密封防水
绝缘 防护
热管理 安全
? 电池包加热 ? 电池包制冷
电池安全设计
结构设 计
结构强度 密封防护
GB/T 31467.2 GB/T 31467.3
Page 15
实验验 证
仿真分 析
静态仿真 动态仿真
电池安全管理
电池管理系统主控制器
Page 16
电池热安全设计
方式
自然冷却 +PTC 直接 加热
风冷
液冷
液冷 + 风冷
方式图
优劣
成熟度 成本 适用
优势：1、结构简单 劣势：1、无冷却功能 2、加热对电芯温度冲 击大
国内技术成熟 低 圆柱、方形、软包
优势：1、结构简 单 劣势：1、IP67无 法实现 2、消耗大量电池 电量 3、温度均匀性较 差
速充电体系
工艺
? 卷绕技术 ? 圆柱电池 ? 软包技术
铝壳技术 方形电池 叠片技术
Page 10
电池类别
序号
项目
1
电芯图
圆柱行
2
模组图
3
液冷模式
Page 11
方形
软包
电池类别
结构设计影响
极片、隔膜张力 极耳数目
电芯内外层差异 散热特性 倍率特性
单体自动组装难度 电池一致性
圆形卷绕
恒定 正、负单耳
? 电动汽车起火事故的直接成因总结：过热、内短路、外短路、碰撞、 针刺…
? 锂离子动力电池安全性事故的主要表现为锂离子电池的热失控
Page 3
锂离子动力电池热失控的发生机制
? 锂离子电池在正常充放电反应外，还存在许多潜在的放热副反应。当 电池温度过高或充电电压过高时，容易引发[1] 。[1] 武汉大学，锂离子动力电池的安全性问题。艾新平
锂电池技术
电池为一种能量转换装置。 充电时，电能转换为化学能储存 起来；放电时，化学能转换为电 能。
? 一次电池，电池的反应是不可 逆。
? 二次电池，电池的反应可逆， 可进行多次反复充放电。
Page 9
锂电池体系及工艺
体系
? 三元体系VS锂酸铁锂体系 ? 钛酸锂负极体系 ? 碳纳米管、石墨烯添加，快
寿命低。
密度相对低。
回收及再利用
难，可回收利用价值低。
容易。
不容易固定，容易鼓包 一般
Page 12
目录
A 动力电池安全事故 B 动力电池基础介绍 C 动力电池安全措施
Page 13
电池失效
失 效 模 式
Page 14
结构不可靠 绝缘失效
漏水 热管理失效 BMS失效 充电起火
? 模组结构 ? 箱体结构
新能源汽车三大核心技术： 1、电控 2、电机 3、电池
Page 6
电池构造
Page 7
电池系统主要组成： 1、模组； 2、管理系统（ BMS）； 3、高压控制系统（ BDU）； 4、热管理系统； 5、结构支撑件、线束、同排； 6、壳体； 7、接插件及安全开关。
电池技术
锂电池技术
Page 8
目前的成熟技术： 锂离子电池技术
国内技术成熟
低
方形、软包Hale Waihona Puke Baidu
优势：1、温度均匀 劣势：1、整车配合 高 2、消耗少量电池电 量 3、热交换效率较低
动力电池安全介绍及相关措施
目录
A 动力电池安全事故 B 动力电池基础介绍 C 动力电池安全措施
Page 1
新能源汽车事故
特斯拉
时间作为新的汽车产品地形点态，新能源汽车频发的起火原、因爆炸等
2013年10月1日 美国西雅图南部公路
行驶中车辆自燃（路面硬物刺穿电池组）
2013事年故10月也1引8日发墨了西全哥社高会速行高驶度关注。
碰撞后起火（车体断裂）
2016年1月1日 挪威耶尔斯塔临时超级充电站 充电时起火/爆炸（原因有待查明）
Page 2
时间
2011年4月11日
2012年5月26日
2015年3月27日 2015年4月26日 2016年3月16日
地点
杭州-公路
深圳-公路
漳州-公交站 深圳-充电站 深圳-公交站
自主品牌
品牌
众泰朗悦
碰撞后起火/爆炸（电池组被刺穿）
2013年11月7日 美国田纳西州士麦那
行驶中车辆自燃（电池组被刺穿）
2013年11月15日 美国加州奥兰治县居民车库 充电器过热起火
2014年2月初 加拿大多伦多居民车库
熄火后车辆自燃（原因不明，但已排除电 池、充电系统、适配器或电源插座）
2014年7月4日 美国洛杉矶高速公路
主要的 过热 副反应 1. SEI膜分解导致电解液在裸露的
高活性碳负极表面的还原分解； 2. 充电态正极的热分解； 3. 电解质的热分解； 4. 粘结剂与高活性负极的反应；
[1]
[2]
Page 4
目录
A 动力电池安全事故 B 动力电池基础介绍 C 动力电池安全措施
Page 5
电动汽车三大核心技术