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电动汽车用动力电池系统安全性设计-0901..


2、比亚迪 e6 着火事件
2012 年 5 月 26 日凌晨 3 时 08 分,深圳滨海大道西行侨城东路 段发生的一起重大交通事故, 让电动汽车的安全问题成为了全世界关 注的焦点。当时,一男子载三女驾驶一辆红色日产 GT-R跑车,高速 撞上两辆同方向行驶的出租车。其中一辆 比亚迪 E6 电动出租车起火 燃烧,一名男性出租车司机连同两名女性乘客被困火中当场死亡。
结论: 汽车底盘在受到猛烈冲击变形后会产生着火事故; 底盘受到猛烈冲击类似于挤压和针刺的综合测试。
3、锂离子电池在新能源汽车应用上必需考虑的四个安全层面: 1)电芯自身安全性问题; 2)电池模组安全性问题; 3)电池 PACK 安全性问题; 4)使用过程的安全性问题;
二、锂离子电芯安全性特征 1、锂离子电芯分类
在电解液泄漏时,见火即着; 隔膜:在一定温度(大于 160 度)下会收缩,造成正负极短路,
从 2013 年下半年开始,特斯拉已经发生了六起起火事件。其中 两起是行驶中车辆自燃, 两起是碰撞起火, 原因是车主驶过路面上的 残骸致使电池箱被刺穿后起火, 有一起在充电时发生, 还有一起原因 不明。
1)11月6日,据海外网站报道,一辆特斯拉 Model S 电动车在美 国田纳西州纳什维尔附近再度遭遇起火事故, 车头几乎全部烧毁。
解质界面膜( SEI 膜)热稳定性影响。负极表面 SEI 膜的热稳定性由 负极材料和电解液共同决定, SEI 膜的主要成分为有机碳酸盐,其分 解温度约为 130℃,当这层起钝化作用的界面膜受热分解后,高活性 的含锂负极裸露于电解液中,导致它们之间发生剧烈的氧化还原反 应,放出的热量引起电池温度急剧上升, 并引发其他可能的放热反应, 使电池进入热失控状态。
1 )圆柱形; 2 )钢壳方形及塑壳方形; 3 )液态软包; 2、锂离子电芯材料安全特性分析
正极材料、负极材料、电解液和隔膜 是锂离子电芯 必不可少的四 个组成部分, 对锂离子电芯的安全性起到决定性作用。 锂离子电芯 内 部各化学成分是导致装有锂离子电池车辆起火燃烧的先决条件。
正极材料对安全性的影响 正极材料对动力电池安全性的影响主要表现在两个方面: 1)正极脱嵌的锂离子过多,在负极表面析出形成锂枝晶。 一方面,锂枝晶容易刺穿隔膜,造成电池内部短路,而且金属锂 的熔点较低,即使锂枝晶没有刺穿隔膜,只要温度较高,金属锂就会 熔融,从而将正负极短路; 另一方面金属锂非常活泼,会直接和电解 液反应放热,造成安全事故。 2)正极材料与电解液发生氧化 - 还原反应放热,造成热失控。 三种正极材料中锰酸锂氧化 - 还原温度为 250℃左右,磷酸铁锂 更是高达 400℃,而镍钴锰酸锂氧化 - 还原温度只有 180℃左右, 具有 较强的氧化性,易氧化放热而造成热失控。 负极材料对安全性的影响 负极材料的安全性通常受负极材料的热稳定性和负极表面固体电
电动汽车用动力锂离子电池系统 安全性设计
拟稿:张建华 2014、7、 31
目录 1、序言 2、锂离子电芯安全特性 3、几种锂离子电芯安全特性分析 4、由锂离子电芯组成的电池 PACK的安全性特性分析 5、锂离子电池 PACK安全性设计 6、结论
一、序言 1、特斯拉电动汽车六次碰触起火事件
7 月 4 日,在一起离奇的盗窃事件中,特斯拉意外成为了主角。 一名身份未明的男子 7 月 4 日早间盗窃 ModelS汽车后,引发警方的 高速追逐。 该男子随后在西好莱坞撞上多辆汽车, 并在撞击路灯后解 体成两半,引发电池着火。 7 月 7 日,特斯拉表示,该公司将调查在 高速追逐中因碰撞而解体成两半,并着火的 ModelS汽车残骸。
电解液对安全性的影响 电解液对动力电池安全性的影响主要体现在两个方面: 1)电解液溶剂组分的高温、高压稳定性决定电池整体安全性能。 2)特殊功能添加剂对改善 SEI 膜成膜效果、控制电解液中酸和水含 量有显著作用。 还可以通过阻燃添加剂和过充保护添加剂抑制热失控 和高电压造成的安全危险。 隔膜对安全性的影响 大量试验结果证实,导致正常使用条件下电池起火燃烧等安全事 故的主要原因是电池内部短路。 内部短路导致安全事故的原理是: 隔 膜被硬物、毛刺、 锂枝晶等刺破形成微小的通孔,正负极在通孔处发 生短路,短路时产生的热量使隔膜熔融收缩,短路面积逐渐扩大,积 累到一定程度后,热失控导致电池起火燃烧。
涉及各领域的 13 名知名专家,包括电动汽车整车及动力系统、 部件安全、结构安全、汽车 碰撞 、电子电气安全、动力电池、 汽车交 通事故 鉴定、火灾调查、材料燃烧特性等专业领域。专家分别来自中 国汽车技术研究中心、 交通 运输部、科学研究院、公安部 天津 消防研 究所、广东省消防总队、北方车辆研究所、 SMG等,进行 为期 70 天 的调查。
专家组得到的结论是:电池没爆炸,着火起因是 e6 受到两次严 重碰撞 ,车身后部及电池托盘严重变形、 动力电池组和高压配电箱受 到严重挤压, 导致部分动力电池破损短路、 高压配电箱内的高压线路 与车体之间形成短路, 产生电弧, 引燃内饰材料及部分动力电池等可 燃物质。 e6 的动力电池系统在整车上的安装布局、绝缘防护及高压 系统等方面设计合理,“整车安全未见设计缺陷”。
三、几种锂离子电芯安全特性分析 1)锂离子 18650电芯安全特性分析
锂离子 18650 电芯外表尺寸:直径 18.0mm, 高度 65.0mm。 锂离子 18650 电芯结构特点: 正极:顶部原点;负极:壳体; 塑料膜:每个 18650 电芯都带一个包装塑料膜,起绝缘作用; 锂离子 18650 电芯安全特点: 电解液:属于有机可燃物,在一定温度下会燃烧,引起火灾;
2)10月1日,一辆 Model S 撞上了路中的金属残片引发事故着火 燃烧 , 车辆前部的一块电池包起火。
3)10月18日中旬,在墨西哥,一辆高速行驶特斯拉 Model S 撞到 了一堵混凝土墙,紧接着又撞上了一棵大树,随后起火燃烧。
结论: 汽底盘在受到猛烈冲击变形后会产生着火事故;
底盘受到猛烈冲击类似于挤压和针刺的综合测试。
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