電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
曾在著名美國政治劇《白宮風云》中扮演國家安全顧問的好萊塢女星MaryMcCormack公布推特稱,其丈夫的特斯拉ModelS停放在洛杉磯街頭時發生自燃,所幸沒有發生人員傷亡,據悉,美國國家運輸安全委員會(NTSB)已經介入調查。
從現場圖片來看,這輛特斯拉ModelS起火比較嚴重的部位是底部,也就是電池包的位置,此事一出再次將電動車電池安全問題推到風口浪尖,那么,電動車的電池在什么情況下會發生自燃呢?
散熱不足保護失效
如今三元鋰電池已憑借高能量密度的特性成為電動車的首選,在說明電池自燃原由之前,《電動大咖》先給大家簡單解釋下三元鋰電池的工作原理,三元鋰電池在工作中是利用鋰離子得失電子和遷移集中來實現電能的儲存和釋放。
三元鋰電池在放電的同時還會出現一定的熱量,偏偏它又非常“嬌貴”,工作溫度要在-20~60℃之間,倘若出現的熱量無法及時擴散并不斷積聚,導致電池包內部過熱,就會出現自燃的隱患。
倘若你還沒有忘記高中所學的化學知識,應當對元素周期表最左側一列那幾個極為活潑的金屬還有一定印象,而鋰金屬就是其中之一。電池內反應出現的鋰金屬倘若暴露在空氣中,會與氧氣出現猛烈的氧化反應,從而發生燃燒。
為了戒備空氣進入電池內部,汽車廠家通常會在電池包里里外外設計多層外殼或塑膜等關閉保護措施,戒備鋰金屬不會與氧氣接觸而發生燃燒。倘若防護措施老化失效或受撞擊遭到破壞導致防護失效,金屬鋰與空氣接觸后就容易失控起火。
電池熱管理系統是要怎么樣工作的?
既然三元鋰電池對工作環境要求如此苛刻,電動車廠家自然會想方設法給它一個理想的工作環境,動力鋰離子電池熱管理系統(BTMS,BatteryThermalManagementSystem)應運而生。
動力鋰離子電池熱管理系統按照冷卻源的不同分為被動式冷卻和主動式冷卻,只利用周圍環境冷卻的方式為被動式冷卻,組裝在系統內部的,主動元件包括蒸發器、冷卻液水道等的方式為主動式冷卻。
空氣冷卻成本低
在被動式冷卻中空氣冷卻(風冷)使用最為廣泛,所謂空氣冷卻,顧名思義就是將空氣作為傳熱介質,筆直讓空氣穿過電池模塊以達到冷卻的目的。此外,空氣自然冷卻效率較低,因此電動車大多使用強制空氣冷卻,電池的熱量經過排風風扇強制帶走。
風冷方式的緊要優勢有:結構簡單、成本低、散熱模組重量相對較小,缺點在于其與電池壁面之間換熱系數低、冷卻速度慢。
液體冷卻效率更高
在一般工況下,采用空氣介質冷卻即可滿足要求,但在高溫天氣或高負荷工況下,液體冷卻等主動式冷卻方式才能夠達到電池包的散熱要求。要知道,在相同的流速下,空氣的傳熱速率遠低于筆直接觸式流體。
液體冷卻就是采用液體與空氣進行熱交換把電池包出現的熱量送出,緊要方式有在電池模塊間布置管線或圍繞模塊布置夾套,或者把模塊沉浸在電介質液體。若液體與模塊間采用傳熱管、夾套等方式,傳熱介質可以采用水、油甚至制冷劑等。若電池模塊沉浸在電介質傳熱液體中,非得采用絕緣措施戒備短路。
液冷方式的緊要優勢有:與電池壁面之間換熱系數高,冷卻速度快、體積較小等。缺點也顯而易見——存在漏液可能、重量相對較大、結構相對復雜、維修保養不便等。
此外三元鋰電池在低溫條件下放電效率會有所下降,導致續航里程降低,因此電動車熱管理系統通常還會支持電池加熱功能,通過空調、加熱片或液體加熱保證電池在低溫天氣下也能夠在正常溫度范圍內工作。
量產前還需多項探測
為了戒備電池包在撞擊和元器件疲勞時出現安全隱患,電池包在設計和加工過程中還要進行安全探測。《電動大咖》知道到,國內主流電池廠商設計的電池包都要經過高溫火燒、擠壓、振動、海水浸泡、高低溫沖擊等多項探測,歷經"九九八十一難"才能修成正果。
1,火燒探測
火燒探測是所有探測中最為緊要的環節之一,電池包要在烈火的高溫下進行“生存”挑戰。
在這項極具有危險性的探測中,業內的國家標準是外部火燒130秒,電池包不起火、不爆炸。
2,振動探測
電池包倘若裝配質量不過關,可能會出現固定不良、零部件松動、外殼破碎等情況,在經過顛簸路面承受振動時,極易引發安全措施失效的情況。為此,國家標準還要求對動力鋰離子電池進行振動探測。
振動探測環境由模擬顛簸的振動臺、供應不同環境溫度的環境箱以及模擬充放電的模塊組成,在振動探測環節中,電池包需在-30℃至60℃的環境溫度下,每秒振動200次,繼續隨機振動21小時,這樣可等效模擬數十萬公里的行車疲勞情況。
3,加速度沖擊探測
與振動實驗類似,沖擊探測用以探測電池包的機械結構穩定,其模擬車輛通過路障時,瞬間顛簸對電池包結構的沖擊。
沖擊探測設備最高加速度一般為100G。100G有哪些概念?一輛電動大巴被時速為50公里的小車撞擊時,電池包所受到的加速度約為30G,人類心臟能夠承受的最大加速度為50G。
4,擠壓探測
電池包受擠壓破損是電動車發生交通事故時起火的緊要原由之一,擠壓探測用于模擬電池受到擠壓的情況。
一輛2噸的汽車,以90km/h的速度行駛撞擊,其撞擊力在10噸左右。在擠壓實驗中,向電池包施加10噸的力時,復合鋁材質的電池包外殼已出現了分明的變形,而探測的通過標準為不起火、不爆炸。
自此,經過眾多測試探測流程,一塊合格的電池包終于誕生,其安全性能足以應付日常的駕駛工況。
酷暑高溫來襲夏季要怎么樣安全用車?
雖然汽車和電池廠家為電池包做了重重防護措施,但我們仍要在實際用車中多多關注電池安全,隨著夏天的到來,大家對高溫環境下的電池安全尤為關心,《電動大咖》來向大家解析一下夏季使用電動車的留意事項。
1,關注車輛電池包的溫度及冷卻系統
夏季開車要著重留意電池的風冷或水冷系統,如冷卻系統故障燈亮起,應盡快到維修點測試修理。
如出現高溫極端環境,應盡量戒備進行車輛充電,待電池溫度降為正常水平再進行。車輛行駛中若電池包溫度超過合理溫度(一般為55度,詳盡請查看車輛說明書),應馬上尋找安全的路面停車,熄火斷電,電話咨詢車輛售后服務再進行解決。
2,及時檢查保養謹防線路老化、短路
雖然有了電池熱管理系統的保護,但防不住線路老化、元器件衰老的情況出現,很多燃油車自燃大多也是源自此類問題,因此酷暑到來之前,先給愛車做次檢查和保養最為保險。
3,不要使用飛線充電
很多消費者苦于無法安裝充電樁,只能從室內飛線充電,這種做法其實非常危險。首先電動車充電功率比一般家用電器高很多,倘若使用的線材額定功率較低,極易發生熔斷起火。
此外,我國夏季氣候雨水相對豐富,飛線線路通常絕緣措施較差,甚至沒有絕緣措施,倘若遇到降水天氣也易發生短路起火。
4,使用正規充電樁
燃油車可能會加到劣質油,電動車也有可能遇到劣質的充電樁。很多私自搭建的充電樁大多未通過技術測試,穩壓穩流性較差,且沒有專業人員檢查維護,使用這種充電樁會對電池包造成損傷甚至有起火危險,因此務必使用通過國家測試、合法運營的充電樁。
電動車的技術歷程雖然不及燃油車,但TA也不是紙糊的,不要低估TA的安全性,當然也不能高估TA的安全性。希望廣大的新能源汽車車主們,多學習知道一些電動車方面的專業知識,安全地使用新能源汽車。
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