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在CATL与业内分享安全及防护创新技术之前,下文将结合欧阳明高的观点,先针对引发动力电池安全问题的几个要素分别提出应对之策:
(1)过热触发热失控
导致动力电池过热的原因来自于电池的选型和热设计的不合理,或者外短路导致电池的温度升高、电缆的接头松动等,应该从电池设计和电池管理两个方面来解决。
从电池材料设计角度,可以开发来防止热失控的材料,阻断热失控的反应;从电池管理角度,可以预测不同的温度范围,来定义不同的安全等级,从而进行分级报警。
(2)过充电触发热失控
今年的一起纯电动大巴起火事件原因就在于“过充电触发的热失控”,具体则是电池管理系统本身对过充电的电路安全功能缺失,导致电池的BMS已经失控却还在充电导致的。
针对这类过充电的原因,解决办法首先是查找充电机的故障,这可以通过充电机的完全冗余来解决;其次是看电池管理合不合理,比如说没有监控每一节电池的电压。
值得注意的是,随着电池的老化,各个电池之间的一致性会越来越差,这时过充就更容易发生。这需要进行整个电池组的均衡,来保持电池组一致性。
比如采用“先并后串”这一最常见电池组组合方法的串联的电池组,在解决单体一致性问题后,最好的情况是拥有与最小容量的单体一样大的容量。有了这个一致性之后,容量回升了,同时也能防止过充。
为了实现一致性,必须有一种方法对各个单体进行容量估计。欧阳明高建议,可以根据充电曲线的相似性来进行全体电池组状态的估计。
也即是说,只要知道了其中一个单体电池的充电曲线,其他的曲线应该跟它是相似的。经过曲线变化,它们可以近似重合,曲线变化的过程中间的这些差异就很容易计算。根据一个单体可以推算出其他的单体。有了这样的方法,就可以进行上文提到的一致性的均衡,当然这种算法的时间过长,需要进行简化。
(3)内短路触发热失控
波音787客机曾因电池爆炸起火。在查找事故原因时,发现电极和隔膜上有金属物,产生了内短路。虽然专家无法100%确认热失控是由内短路触发的,但它是最可能的原因,因为找不到其他原因,且内短路没办法“浮现”。
电池制造杂质、金属颗粒、充放电膨胀的收缩、析锂等都有可能造成内短路。这种内短路是缓慢发生的,时间非常长,而且不知道它什么时候会出现热失控。若进行试验,无法重复验证。目前全世界专家还没有找到能够重复由杂质引起的内短路的过程,都在研究当中。
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