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乐艳飞:当内短路发生时,BMS无法保障动力电池的安全

  • 原创
  • 2016-12-22 15:55
  • 来源:电动汽车资源网

摘要:可靠的BMS是保障动力电池安全的重要因素之一, 但是当内短路发生时,如何合理的控制热量是影响电池安全的另一重要因素。

随着新能源汽车后补贴时代的到来,技术发展与运营创新成为当前形势下推动新能源汽车行业进步的重中之重。12月21日,以“后补贴时代技术创新发展思路“为主题的2016第三届中国新能源汽车总工技术峰会暨第二届运营商与车企对接采购交流会在深圳中海凯骊酒店盛大开幕。本次大会由电动汽车资源网、中国新能源汽车总工技术峰会组委会主办,近数百位自国内领先的主机厂、核心零部件企业、运营商、行业院校机构等各领域精英齐聚深圳,共同参与这一专为新能源汽车人打造的行业盛会。

乐艳飞:当内短路发生时,BMS无法保障动力电池的安全

大会为期三天, 22日下午的会议围绕“动力电池技术创新及安全”邀请业内专家、学者与国内领先的主机厂、核心零部件企业等各领域精英展开探讨。UL能源科技部总工程师乐艳飞做题为“电池管理系统与动力电池的安全”的演讲。以下是她演讲的主要内容:

为什么需要电池管理系统 ?

锂电池优势和风险:锂离子电池因为其高体积比能量和高质量比能量,成为动力电池的首选。但是,高能量的锂电池也同时给我们带来了高安全风险,比如起火或者爆炸。

锂电池的正常工作范围:锂离子电池需要工作在限定的充放电电压、电流和温度范围。正常工作范围外充放电,可能造成锂电池发热、泄气、失效、热失控等。

锂离子电池需要工作在限定的充放电电压、电流和温度范围。对于常规的三元体系的电池,电池的正常工作范围是2.8V到4.2伏V,在这个范围以外就需要对提供保护,保护的实现就依赖于电池管理系统。此外,锂电池如果内部温度过高,内部的物质会慢慢地分解,与电解液反应,甚至可能会产生链式反应,最后造成失控。

你的BMS可靠吗 ?

BMS设计出来了,它的可靠性怎么样?这就需要对其可靠性进行评估。“比如说我们家里的电器面板上都有一个保险丝,这个保险丝如果是断了这个回路就安全了,这是比较容易评估的。但是现在的BMS是微处理的一个线路,如何来评价它的安全性?”乐艳飞表示,此时会引用一个功能安全。所谓的功能安全是系统的安全依赖于电路功能的正确执行。

功能安全基础:系统故障、设计故障、规格错误、所有软件故障、环境影响和电磁兼容故障、随机故障、硬件故障,使用和磨损故障、随机出现的故障,可预知的平均故障率。可靠的BMS将对动力电池提供基本保护 + 冗余保护,能够实现失效安全。

是否可靠的BMS就足够了呢?

前文提到BMS,BMS可靠性需要要去评估它的功能安全,评估了功能安全之后,就表示BMS可靠了,但是BMS可靠了之后,电池就是安全的了吗?

答案是否定的,即便有BMS的加持,电池依然不能保障其安全性。为什么不安全?因为除了外部影响之外,电芯还可能发内短路。内短路的发生是不可控的。乐艳飞提到,当电芯内短路发生时,所有电芯外部保护设备均无法被触发,多数电芯内部保护设备也无法被触发 ,动力电芯内短路几率增加。也就是说,当电池发生内短路时,BMS很难起到保护作用,也无法对电芯提供保护,因此,电芯的内短路是需要关注的重点。

什么情况下会导致动力电芯短路发生呢?生产过程中的金属颗粒、恶劣环境、挤压都可能引发内短路的发。

内短路发生的时候,当然,也不会说它一定会产生,有的内短路的发生是会有一个良性的失效的,比如说只是一个补一补,或者是泄气,但是如果处理不好的话会有一个爆炸的风险的。

内短路可能的失效结果包括:电芯自发热链式反应的影响因素、不良的SEI膜稳定性,可在较低温度引发自发热(<70oC)、自发热早期阶段--SEI膜的分解、自发热后期阶段(热失控剧烈程度)--正极材料、电池系统热失控的影响因素。

内短路发生时,电池系统“安全失效”或者“热失控”的2个影响因子:产生热量的速率、系统短时间吸收热量的速率。

结语:

可靠的BMS是保障动力电池安全的重要因素之一, 但是当内短路发生时,如何合理的控制热量是影响电池安全的另一重要因素。

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