Estrategia de diseño de seguridad para paquetes de baterías de nueva energía
La seguridad de la batería es el núcleo de la seguridad de los vehículos de nuevas energías.
Con la rápida popularidad de los vehículos puramente eléctricos, su número ha aumentado significativamente y el problema de calidad de las baterías eléctricas se ha vuelto cada vez más prominente. Entre ellos, la fuga térmica es el factor más importante que afecta la seguridad de las baterías eléctricas. Según datos de investigaciones de accidentes de 2011 a 2019, más del 50% de los problemas de seguridad de las baterías eléctricas son causados por la propagación de la fuga térmica.
En términos generales, las causas de los incendios de baterías eléctricas incluyen principalmente cinco aspectos: envejecimiento de los componentes de la batería, colisiones externas, altas temperaturas, descontrol térmico de la batería y carga elevada. Las colisiones externas y las altas temperaturas son factores externos: el envejecimiento de los componentes de la batería, la fuga térmica de la batería y la carga elevada están relacionados con la calidad de la batería y el sistema de gestión térmica y, a menudo, son los desencadenantes directos de la combustión espontánea.
Fuente: Conferencia EVS-GTR
¿Qué se debe tener en cuenta en el diseño del pack de baterías?
El tamaño del paquete de baterías significa que hay muchas piezas en el chasis del vehículo y el espacio para colocar el paquete de baterías es limitado. Para cumplir con los requisitos de espacio de todo el vehículo, también debe cumplir con los requisitos de la autonomía de crucero eléctrica pura de todo el vehículo, que se puede convertir directamente en cuántos kilovatios hora debe diseñarse el paquete de baterías. Luego elegimos la batería, incluida la forma de la celda de la batería, caja cuadrada, bolsa blanda o cilindro, y la capacidad de cada celda de la batería. Luego conocemos el rango de voltaje de funcionamiento de otros aparatos eléctricos en el vehículo, lo que determina el contenido de la misma. Nuestro paquete de baterías. ¿Están las baterías conectadas en paralelo o en serie? Al monitorear las celdas del paquete de baterías, el BMS tendrá requisitos para la conexión en serie y en paralelo de las celdas.
Composición del paquete de baterías
Selección de materias primas
Las principales materias primas han sido optimizadas y modificadas eficazmente para mejorar la estabilidad térmica del núcleo de la batería y Evite la fuga térmica.
Ánodo y materiales de ánodo:
Elija materiales de ánodo con excelentes propiedades cinéticas para reducir el riesgo de precipitación de litio.
Recubrimiento de estabilidad térmica en la superficie de las partículas del electrodo negativo, aditivos formadores de película del electrodo negativo del electrolito y protección de la superficie del material.
A través de la reacción del disolvente electrolítico y los aditivos, se forman películas protectoras SEI/ECM en las superficies de los materiales de los electrodos positivos y negativos para evitar una mayor reacción y deterioro de los materiales y mejorar la estabilidad y seguridad de los materiales. .
Electrolito:
Aditivo retardante de llama del electrolito
Mejora la fórmula para aumentar el punto de inflamación y la presión de vapor del sistema electrolítico para lograr el efecto retardante de llama.
Separador:
PET de alta resistencia al calor, aramida y otras películas base para reducir el riesgo de cortocircuito del núcleo de la batería.
Recubrimiento superficial térmicamente estable que reduce la contracción térmica del separador.
Diseño estructural
El paquete de baterías de litio se compone principalmente de un marco de carga (marco inferior y marco superior), baterías de litio, conectores de alto voltaje (como conectores de alto voltaje ) y conectores de bajo voltaje (como conectores de bajo voltaje), como se muestra en la siguiente figura.
El bastidor de la batería de litio no sólo sirve como soporte para diversos componentes, sino que también es el "puente" que conecta todo el vehículo. La batería de litio se ensambla en el vehículo a través de la estructura de montaje del bastidor de la batería de litio.
Para facilitar la instalación y el mantenimiento, el marco portante generalmente se divide en un marco superior y un marco inferior. El marco inferior lleva principalmente componentes y soporta más peso del sistema de batería en general, el marco superior desempeña principalmente un papel protector y tiene menos requisitos de carga;
Diseño de seguridad activa del paquete de baterías
Detección de fuga térmica: al monitorear la temperatura y el voltaje combinados con la función de activación oportuna, el vehículo puede emitir una alarma antes de que la batería experimente temperaturas térmicas. fuera de control. Garantizar la seguridad personal del personal.
Detección de voltaje: Detección de voltaje de batería en tiempo real.
Según el rendimiento de la batería, establezca el umbral de voltaje y el umbral de tasa de caída de voltaje para definir si se produce una fuga térmica.
Detección de temperatura: detección de temperatura del módulo en tiempo real
Según el rendimiento de la batería, establezca el umbral de temperatura alta y el umbral de velocidad de calentamiento para definir si se produce un descontrol térmico.
Diseño para evitar falsas alarmas: diseño redundante
Para evitar falsas alarmas, el tiempo de detección y las condiciones de detección están diseñados de forma redundante para aumentar la confiabilidad del juicio estratégico.
Estrategia de despertar: estrategia de despertar en tiempo real
Después de que BMS entre en modo de suspensión, se despertará automáticamente a una hora programada. Después de despertarse, detecta los valores actuales de temperatura y voltaje.
Diseño de seguridad pasiva del paquete de baterías
Ruta de fuga térmica de la batería: a través del diseño de "cinco prevención" de fuga térmica, difusión térmica "0" del paquete de batería (que es decir, una sola batería La fuga térmica del núcleo no se extenderá a las celdas o módulos adyacentes).
Diseño de resistencia a la tensión de aislamiento eléctrico: si una falla de aislamiento causará un cortocircuito grave, para evitar una falla de aislamiento secundario, el diseño de aislamiento correspondiente se lleva a cabo de acuerdo con la tensión de trabajo máxima Vmax y la altitud de trabajo del cliente.
Diseño de doble aislamiento: el diseño del módulo adopta una protección de doble aislamiento: el núcleo de la batería tiene una capa de película azul aislante y el parche superior del núcleo de la batería para cumplir con los requisitos de voltaje soportado de aislamiento hay papel aislante. protección entre éste y la superficie de montaje inferior, que cumpla con los requisitos de aislamiento y voltaje.
Pruebas de seguridad estructural: Problemas como vibraciones, impactos, incluidas colisiones que se pueden monitorear o que pueden ocurrir en el corto plazo son relativamente fáciles de resolver, como por ejemplo cómo llevar a cabo problemas que solo se pueden monitorear en el largo plazo. Por lo tanto, a través de la prueba de soldadura de los módulos de placa final y placa lateral, y con base en la relación entre la circulación del módulo y la fuerza de expansión, se diseñaron los requisitos e indicadores de resistencia de soldadura de la placa final del módulo.
Solución de protección contra fugas térmicas: a través del diseño de protección contra fugas térmicas, se logra la protección de cinco capas de las fugas térmicas del paquete de baterías: advertencia del sensor, diseño térmico de aislamiento de la batería, aumento del intervalo térmico de aislamiento del módulo y guía de escape térmico contra fugas Gas que se descargará a través de canales específicos. Optimice la selección de válvulas a prueba de explosiones.
Conclusión
Este artículo analiza el proceso de diseño actual y el estado de la investigación de simulación de la estructura del paquete de baterías, el concepto de diseño de seguridad pasiva a nivel de paquete y cómo llevar a cabo la seguridad pasiva del paquete completo. protección de seguridad (según el diseño térmico del núcleo de la batería, la simulación y la estrategia de protección integral para un rendimiento fuera de control, etc. Además, la investigación sobre análisis térmico, análisis dinámico y análisis de colisiones del paquete de baterías también será el tema). enfoque del siguiente paso.