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为什么动力电池总是会着火

2021-08-27 13:36
【新能源汽车网】

新能源汽车市场日渐火热,新能源汽车电池着火的消息也接连出现在公众的视野里,新能源汽车的动力电池真的如同我们在网上看到的那么脆弱吗?

其实动力电池的组成不像平时我们所看到的如干电池那样简单,仅仅由电池正负极以及电解液组成,我们常说的动力电池是一个系统工程,它不单单只有电池模组,通常这个部分还包含了电池管理系统(BMS)、电气系统、热管理系统以及保护电池安全的结构件。当这些部分组成起来才能算是一个常规的新能源动力电池系统。接下来本文就将分别通过软件部分和硬件部分探讨一下新能源车为何会自燃以及汽车厂商们为了对付自燃采取了哪些措施。

动力电池系统的结构以及原理

1、电池管理系统

电池管理系统我们一般简称为BMS,顾名思义,BMS是一个用来控制管理电池的一个系统。主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元,防止电池出现过度充电和过度放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。

举一个简单的例子:假设一辆新能源汽车有四块电池,那么我们可以把电池暂时理解为是四个装满水的杯子,杯子里的水就代表着电池里所拥有的电量。在生活中,我们如果有四杯水,口渴了可以先喝完了一杯,接着再喝另一杯,直到喝干全部的水,但是在动力电池系统里那么干是不行的,效率会大打折扣。如果小时候有经常使用干电池的手电筒就不难发现,当两节电池电量快耗尽了,我们取出一块电池把它换成一块新的电池再与之前的旧电池一起混合使用,手电筒所发出的光甚至可能还没有原来两款旧的电池那么亮,这个问题在汽车动力电池上也会发生。

但不一样的是,动力电池里的电芯间不一致,是可以通过BMS来及时调整的。其中很重要的过程就是——电池均衡。在充电过程中,一旦有一节电池被充满(荷电状态达到100%),同一系统内其他电池的充电也必须立即停止,否则充满电的电池会被过充电,导致不可逆的损伤甚至安全隐患。然而,此时停止充电就意味着多数电池并未充满,电池组的容量不能得到完全利用。因此,当某节电池荷电状态接近100%时,电池管理系统会提前开启均衡功能,使最高荷电状态电池的充电电流小于其他电池,由此确保所有电池在同一时刻被充满。只有在容量一致,电量也一致的状态下,所有电芯才能同步充满和放空。

2、热管理系统

热管理系统则是保护动力电池的第二层保险,在燃油车上,温度的控制是发动机效率的一个关键数据,所以一般燃油车都会有个体积巨大的发动机水箱散热器,一些使用涡轮增压的车型还会加入一个中冷器来降低涡轮的进气温度。如今的新能源汽车虽然用电驱动的方式取代了发动机,但是对于热量的管理更加的严苛,由于动力电池的特性,除了温度一旦过高需要散热之外,还存在温度低了电池会产生衰减,降低充电效率的问题,所以电动车除了要考虑散热问题。还需要做到在冬天给电池保温,防止因为气温过低而造成续航的“尿崩”。

3、保护电池安全的结构件

如今的厂商对于电池外部的保护也是层层设防,在电池外壳的保护上可以说是无所不用其极了,第一层是高强度安全装甲,第二层是吸能缓冲块,第三层是铝合金防护层,第四层才是电池,正是三层安全防护层占据了相当大的电池空间,但正是采取了那么多层的保护,才会在有可能发生的碰撞中最大程度的保护动力电池不受伤害。

新能源汽车起火的原因

动力电池起火的原因有很多种,一种可能是因为锂电池在充电过程中锂离子还原时形成的树枝状金属锂刺穿隔膜引起电池短路,从而导致电池线路中的电流增加为正常时的几倍甚至几十倍,而产生的热量又与电流的平方成正比,使得温度急剧上升,大大超过允许范围。如果温度达到可以点燃附近物体的温度时,便会引起车辆的自燃。

锂枝晶的反应过程

另一种情况就是车辆的动力电池遭受了撞击,撞击电池的物体入侵到电池的内部,破坏了电池内部的隔膜,之前各家厂商都发布了针刺试验,利用这种方法还原动力电池遇到冲击所发生的反应,结果显而易见。在实验过程中,钢针刺穿电芯,金属体贯穿时造成瞬间的短路,产生大量热量。直观的感觉就好像三元锂电池的爆发像一座活火山,针刺之后有浓烟和剧烈燃烧。传统磷酸铁锂块状电池像是休眠火山,沉默几秒之后还是被唤醒了,同样产生了冒烟和升温。如何应对瞬间的热失控,是如今放在所有电池制造商面前的大课题。

遏制自燃的方法

说了那么多导致电池自燃的可能,那么电动车是否真的如同洪水猛兽一般稍不留神就自己把自己给点着了呢?其实不然,我们看到在路上跑的电动汽车其实是一个个企业、数十个甚至上百个团队、无数的工程师们研发出来推向市场的一个成熟的产品,期间通过了设计、研发、测试,然后通过了国家标准的检测,最终才交付到消费者手里的一个产品。我们看到的自燃、爆炸等事故,其实相较于整个电动汽车的市场是极其少数的。

新能源汽车今年7月份销量达到了186.3万辆,2021年以来累计销售了1444万辆,抛开剂量谈毒性都是耍流氓这句话放在这个场景时再合适不过。当一个如此大的市场里仅仅出现了几起事故从而谈“电”色变不可取。何况里面到底有多少是操作不当,而不是本身质量问题导致的事故我们也不得而知。新能源汽车推出市场的时间不长,可能对于广大的消费者来说是个新鲜事物,相较于燃油车,我们对新能源车的了解更少,人们往往容易对不了解的事情抱有恐惧,只有当你尝试过了、体验过了以后才能正确的认知。

新能源车发生燃烧、起火的大部分原因是因为剧烈的撞击又或者是被锋利的外物刺伤了电池隔膜引起短路,所以如今的新能源汽车对于电池的保护非常重视,新能源汽车电池包一般都布置在车身的底部,而车身的底部除了偶尔会产生托底以外相较于其他部分是较为安全的。

主流的厂商一般会从里到外对电池采取不同的保护手段,第一是在电池的电芯部分加入了一个保护阀(安全阀),它的目的是在于当内部发生了分解或存在一些不应该存在的物质(如水)与电池内部材料发生了反应,产生气体而导致造成电池鼓包,电池内部压力增大时直接将正极极耳与上盖之间的连接破坏掉,使电池断路,内部气体泄出,电池失效。从而避免电芯因热失控而燃烧,起到一个保险丝的用。

电芯保护阀

第二重保护是在电池模组里的电芯增加隔热垫并加入熔断器,其原理同上面一样,也是利用在电流超过规定值一段时间后,以其自身产生的热量使熔体熔化,从而使电路断开。第三则是在整包电池的时候会在电池上下表面都会粘附一层绝缘板(一般采用云母片)。同时,电气上的安全普遍采用主回路熔断设计。最后生产厂商还会在电池周围的结构件附近进行补强,防止在碰撞时巨大的能量造成电池形变而起火。

电芯熔断器

剩下的就是要我们的新能源车主自己正确的使用新能源汽车,合理的对待动力电池。比如说尽量不要在下雨天充电,虽然说新能源车的充电接口具备一定的防水能力,密封良好,普通雨天是可以充电的。但在插拔充电抢时要注意遮挡,防止雨水直接进入充电口内部导致短路而影响下次充电。如遇大暴雨建议先暂停充电。因为很多充电线比较长,万一有破损,浸泡在水中,可能会引发短路或者火灾,有安全隐患。也不要认为新能源汽车相较于燃油车少了许多需要维护的部件从而忽视了新能源汽车保养方面的问题,新能源汽车的保养对车辆电池、高压线束的检查尤为关键,请车主们务必要上心。

诸如此类的操作不要忽视,多留心,只有合理地使用保养新能源汽车,才能给你带来最佳的使用体验

写在最后

如今多数的厂家都把安全问题放在造车的第一位,比亚迪研发的刀片电池、广汽推出的弹匣电池等产品 不管是从研发再到宣传,无一例外都把安全性放在第一位。在我看来,往后的电池技术在材料方面没有突破的情况下,性能是不会有太大的提升,但安全性能将会是会是以后厂商主要的研发方向,未来的一段时间电池安全的技术将会一步步的变得更加可靠,随着电池的安全系数不断加强,新能源汽车容易自燃这个概念也会逐步淡出大众的视野。

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