动力电池安全介绍及相关措施

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
碰撞后起火（车体断裂）
1、电芯单体的电压采集； 2、温度采集； 3、执行电芯均衡功能。
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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
序号
项目
圆柱行
方形
软包
1
电芯图
2
模组图
3
液冷模式
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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Baidu Nhomakorabea电池一致性
圆形卷绕
恒定 正、负单耳
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
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电池构造
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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
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锂电池技术
目前的成熟技术： 锂离子电池技术
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。
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
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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
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
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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
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。
国内技术成熟
低
方形、软包
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
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。
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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
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
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电池类别
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。
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）
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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
原因
运行中车辆自燃（电池漏液、绝缘受损以及局部 短路等）
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
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
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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
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电池失效
失 效 模 式
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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
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
比亚迪E6 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。
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]
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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
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电动汽车三大核心技术
新能源汽车三大核心技术： 1、电控 2、电机 3、电池
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
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新能源汽车事故
特斯拉
时间作为新的汽车产地品点形态，新能源汽车频发的起原火因、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1故0月也18引日发墨了西全哥社高速会行高驶度关注。 碰撞后起火/爆炸（电池组被刺穿）