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夏军:动力电池系统安全分析与防护

  • 2015-12-24 16:36
  • 来源:电动汽车资源网 夏军

摘要:在本次大会上,夏军作为重要嘉宾参加并在“动力电池安全技术交流会”上做重要演讲,夏总的演讲主题为“动力电池系统安全分析与防护”。

【来源:电动汽车资源网 特邀专家 夏军】2015年12月16-17日,作为国内新能源汽车技术交流最具影响力的峰会,2015第二届中国新能源汽车高峰论坛暨总工技术交流会在深圳隆重召开。峰会历时两天,以“整车安全设计及技术路线、关键零部件安全设计及测试、新能源汽车整车及关键零部件安全测试与标准、新能源汽车运营模式创新及电动物流车产业发展”为主题,共举办三十余场主题演讲、2场互动沙龙、2场行业专家及技术总工交流会、10余场高端访谈。本届大会高举技术交流的大旗,务实而接地气,吸引了近600人到场参会。电动汽车资源网作为大会主办方和电动汽车行业专业网上平台,对本次峰会做全面回顾和总结。

在本次大会上,夏军作为重要嘉宾参加并在“动力电池安全技术交流会”上做重要演讲,夏总的演讲主题为“动力电池系统安全分析与防护”。以下为夏军演讲主要内容:

夏军:动力电池系统安全分析与防护

夏军在“动力电池安全技术交流会”上精彩演讲

一、产品安全的系统方法论夏军:动力电池系统安全分析与防护

 

夏军:动力电池系统安全分析与防护 

夏军:动力电池系统安全分析与防护

夏军:动力电池系统安全分析与防护

知其然,知其所以然,构建完整的体系

风险可度量,可控,可接受,事故发生概率低

夏军:动力电池系统安全分析与防护

夏军:动力电池系统安全分析与防护

以测试发现一部分问题,靠市场反馈一部分问题

事故发生概率大,风险不可控,危机公关代价高

产品安全是设计出来的,而不是测试出来的,怎么理解这句话呢?

夏军:动力电池系统安全分析与防护

二、动力电池系统安全分析


GJB 900-90

MIL-STD-882D

安全Safety

不发生事故的能力

不会引起死亡、伤害、职业病、设备的损坏或财产的损失,或环境危害的状态。

危险Hazard

可能导致事故的状态

任何可能引起人员的伤害、疾病或死亡,系统、设备的损坏或财产的损失,或环境危害的实际或潜在的状态。

事故Mishap

造成人员伤亡、职业病、设备损坏或财产损失的一个或一系列意外事件。

造成死亡、伤害、职业病设备的损坏或财产的损失,或环境危害的一个或一系列意外事件。

危险(Hazard):事故发生之前的一种状态,当达到触发条件时,危险就会变成事故

事故(Mishap):导致人员伤亡,财产损失,环境破坏的意外事件

安全(Safety):阻止危险变成事故的机制或措施,将风险降低到可以接受的水平

夏军:动力电池系统安全分析与防护

安全机制:过充保护,切断危险到事故的过渡过程,避免起火。

安全措施:硬件保护,软件保护,充电机关断…

基本原则:避免单点故障发生,切断危险向事故转移的路径,确保多点故障发生概率达到可接受水平。

夏军:动力电池系统安全分析与防护

动力电池系统:是一个能量存储装置,包括电池单体(电芯)或电池模组,电路和电控单元,以及相关的结构组件。

特点:是高能量载体,在不需要外部能量激励的情况下,本身就能够因能量非正常状态而产生很大的破坏力。

 

动力电池系统:是一个能量存储装置,包括电池单体(电芯)或电池模组,电路和电控单元,以及相关的结构组件。

特点:是高能量载体,在不需要外部能量激励的情况下,本身就能够因能量非正常状态而产生很大的破坏力。

能量非正常状态的表现形式:

(1)电能非正常释放(事故:电击,车辆意外移动);

(2)电能非正常中断(事故:行驶过程中发生碰撞);

(3)化学能非正常释放(事故:燃烧,爆炸);

(4)化学能非正常泄漏(事故:腐蚀);

(5)电磁能非正常释放(事故:某些功能异常,如通信,数据)。

燃烧和爆炸两者都需具备可燃物、氧化剂和火源这三个基本因素。因此,燃烧和化学性爆炸就其本质来说是相同的,而它们的主要区别在于氧化反应速度不同。燃烧速度(即氧化速度)越快,燃烧热的释放越快,所产生的破坏力也越大。燃烧和化学性爆炸的主要区别在于物质的燃烧速度,在有限的空间里产生急速燃烧,产生高温高压气体,就会发生爆炸。

燃烧:化学能转化为热能,光能等。

爆炸:化学能转化为热能,光能,并伴有巨大的机械能。

夏军:动力电池系统安全分析与防护

动力电池系统的电特性:

(1)输出电压通常高达300V以上(直流60V以下为安全电压)。

(2)存储的电能达到kWh级别(1kWh=3.6MJ)。

影响:动力电池系统的电压等级和能量足以造成电击伤亡事故。

动力电池系统的化学特性:

(1)电池单体中的电解液和系统中的塑料部件是可燃物。

(2)电池单体中的正负极材料是氧化剂。

(3)电池单体中的放热副反应会引起温度快速上升,成为火源。

影响:动力电池系统具有燃烧发生的一切要素。

动力电池系统的机械特性:

(1)为了防水防尘,呈空间密闭状态。

(2)为了经受强烈的机械载荷,壳体材料具有足够的强度。

影响:动力电池系统在发生剧烈燃烧时,有发生爆炸的可能性。

安全防护设计的目标:

(1)阻止能量的非正常释放——预防危害发生。

(2)阻断能量非正常释放的路径——阻止危害发生后的蔓延。

(3)降低能量非正常释放的破坏——降低危害所造成的损害。

夏军:动力电池系统安全分析与防护

三、动力电池系统安全设计

针对电击危害:

(1)主要依靠预防,保证足够的绝缘强度和有效的接触防护;

(2)主动干预机制(针对绝缘缓慢失效),阻止危害发生,保证安全裕量;

(3)一旦发生,因为能量释放太快(毫秒级),无法进行中断或降损。

针对燃烧危害:

(1)预防,中断和降损有效结合;

(2)良好的结构防护,隔绝外部触发因素;

(3)良好的散热能力,降低内部热累计速度;

(4)内部组件的着火点温度阈值足够高;

(5)防火槽,隔热材料,导火导热装置等中断火灾蔓延路径,阻止连锁反应;

(6)阻燃材料,降低燃烧损害;

(7)主动检测与灭火装置。

针对爆炸危害:

(1)预防为主,避免燃烧;

(2)中断和降损为辅,在发生爆燃时,有泄压装置,快速释放高温高压气体,避免爆炸,或降低爆炸的力度。

夏军:动力电池系统安全分析与防护

夏军:动力电池系统安全分析与防护

 

夏军:动力电池系统安全分析与防护

夏军:动力电池系统安全分析与防护

夏军:动力电池系统安全分析与防护

四、动力电池系统相关国标

夏军:动力电池系统安全分析与防护

序号

新标准

旧标准

1

GB/T 31484-2015 电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法

QC/T 743-2006 电动车用锂离子蓄电池

2

GB/T 31485-2015 电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法

QC/T 743-2006 电动车用锂离子蓄电池

3

GB/T 31486-2015 电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法

QC/T 743-2006 电动车用锂离子蓄电池

4

GB/T 31467.1-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第1部分:高功率应用测试规程

\

5

GB/T 31467.2-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第2部分:高能量应用测试规程

\

6

GB/T 31467.3-2015电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统第3部分:安全性要求与测试方法

\

7

GB/T 18384.1—2015 电动汽车 安全要求 第1部分:车载可充电储能系统

GB/T 18384.1—2001电动汽车 安全要求 第1部分:车载储能装置

8

GB/T 18384.2—2015 电动汽车 安全要求 第2部分:操作安全和故障防护

GB/T 18384.2—2001电动汽车 安全要求 第2部分:功能安全和故障防护

9

GB/T 18384.3—2015 电动汽车 安全要求 第3部分:人员触电防护

GB/T 18384.3—2001电动汽车 安全要求 第3部分:人员触电防护

10

GB/T 31466-2015 电动汽车高压系统电压等级

\

动力电池系统安全相关的国标

标准

防护目标

层级

GB/T 31485

化学能

单体/模组

GB/T 31467

化学能

系统

GB/T 18384

电能

系统

GB/T 18387

电磁能

整车(涵盖电池系统)

国标必须认证研究并满足,国标不是万能的,但可以保证产品达到最低的安全防护等级。

 

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