深度解析動力電池包安防系統(tǒng)的基本原理

發(fā)展新汽車(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(rèn)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(shí)例》，就是要求實(shí)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(xiǎn)品。但是其危險(xiǎn)品的等級是相對較低的，國際上有關(guān)組織對危險(xiǎn)品等級進(jìn)行了劃分。動力電池等級是第8、9級的危險(xiǎn)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(shí)際上傳統(tǒng)汽車安全措施也是在持續(xù)改進(jìn)，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(jìn)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(rèn)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(diǎn)是動力電池包的的提升，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(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)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(xiǎn)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(jì)。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(jìn)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(biāo)值是不斷變化的，而且是隨機(jī)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(jì)功能。其理由是，電動汽車經(jīng)常處于停止?fàn)顟B(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(diǎn)介紹

目前二氧化碳類的產(chǎn)品已經(jīng)普遍用于發(fā)動機(jī)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(yùn)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(hù)。

其基本原理：(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(hù)清理。

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(tuán)公司第七一研究所是國家863計(jì)劃高技術(shù)項(xiàng)目研究單位，擁有一支涉及機(jī)械、電子、材料、自動控制、精密儀器、計(jì)算機(jī)軟硬件、系統(tǒng)仿真等專業(yè)經(jīng)驗(yàn)豐富的科研隊(duì)伍。

如何借助國家隊(duì)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(rèn)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。