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新能源電車電池安全問題,該如何解決?

2024-08-01科學

作為一個動力電池研發工程師,新能源汽車動力電池安全問題,無法徹底解決,也就是當下市場上所有的新能源汽車的動力電池,都無法做到不起火不爆炸。

目前新能源汽車用的動力電池都是鋰離子電池,不管是三元鋰電池,還是磷酸鐵鋰電池。確切一點的說法是液態鋰離子電池。鋰離子電池可也說是目前用作動力電池的最優解了,因為車企需要在能量密度,成本,壽命以及安全這些因素中考慮。

其中,能量密度跟安全成反比關系,能量密度越高,越不安全,同時成本也很高。能量密度低,成本低,也安全,但是續航不行。也就是這些指標又是互相矛盾的,電池相關效能需要權衡考慮。

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對於新能源汽車,大家最為關心的就是純電續航。一輛車上,可以布置電池的位置有限,如何充分利用有限的空間盡可能的布置更多的電池,從而讓續航最大化。是選擇能量密度更大的三元鋰電池,還是采用能量密度稍微小一點的磷酸鐵鋰電池。這些汽車廠家都要權衡去考量。

如果采用三元鋰電池,電池的熱失控要如何設定才能透過,放置在底盤上,一旦發生了事故,如何保證電池不被擠壓,就算是被擠壓的,碰撞物該如何保證不進入電池箱體。這些都是工程師每天要考慮的問題。

針對於動力電池的內容,目前各大車企幾乎通用的做法主要有三點,第一,氣凝膠,用氣凝膠隔熱。第二,雲母板,用雲母板擋住熱量的傳遞。第三,排氣閥,電池包箱體壓力過大,或者熱量過多,透過排氣閥及時的排放出去。

氣凝膠

氣凝膠的主要作用就是隔熱, 氣凝膠由於其極低的導熱系數,可以有效隔絕熱量傳遞,氣凝膠可以承受超過1000℃的穩定。而且氣凝膠具有不燃性,即使遇到高溫也不會燃燒,是一種良好的防火材料。

主要的做法就是在電芯與電芯之間貼上一層氣凝膠。下圖是電池模組的結構圖,圖中可以看出,序號5就是氣凝膠,布置在電芯中間。如果其中一個電芯或者兩個電芯發生了熱失控,氣凝膠可以有效的把熱量個隔住,不讓熱量傳遞到周邊好的電池模組,從而控制住電池模組的熱失控。

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雲母板

雲母板的作用是擋住熱量的傳遞,通常布置在電池模組的上面。 電池一旦發生了熱失控,通常狀態下,火苗是往上面噴的,電池模組上面就是上蓋,上蓋的上面是整車底盤,如果沒有雲母板把火苗給隔住,不就直接烤屁股了嗎。

下圖是一個電池包的結構圖,圖片中可以看到,序號5也就是長方形結構的就是雲母板,布置在電池模組上面,目的就是阻擋熱量,不讓熱量往上面傳遞。

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排氣閥

針對熱失控設計三道門的最後一個設計就是排氣閥。排氣閥是一個單向閥,其作用就是當電池包內的溫度壓力上升到一定程度,電池包內的壓力會把排氣閥給頂開,讓熱量以及壓力能夠及時的排放出去。

下圖中,序號6就是排氣閥,一個電池包通常最少會布置兩個排氣閥,也有布置4個排氣閥的。排氣閥通常安裝在箱體上,上箱體跟下箱體都可以,然後排氣閥也是具備密封功能,可以防灰塵,防進水。

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有的排氣閥上面會設計一個可以呼吸的薄膜,這個薄膜可以防灰塵,防水,但是可以用來換氣。

上述三點,氣凝膠,雲母板,排氣閥,主要是針對電池熱失控的設計。現在幾乎是三元鋰電池同樣的設計了。如果換成磷酸鐵鋰電池,可以稍微放低一下要求,因為磷酸鐵鋰電池的著火點比較高,一旦發生了熱失控大部份電池都只是只冒煙,不著火。

可以把雲母板換成隔熱毯,電芯與電芯之間也不需要鋪上氣凝膠,用普通的隔熱板就可以了。總之磷酸鐵鋰的熱失控設計肯定要比三元鋰電池熱失控設計要省錢多了。

盡管針對鋰離子電池熱失控有各種各樣的設計,這些設計只能降低著火的機率,以及著火後,有足夠的時間逃離,但是依舊無法保證鋰離子電池不著火不爆炸。

有一種特殊的情況,那就是因為撞擊而產生了著火,這個全世界都無解,一旦動力電池因為撞擊而產生了著火,連營救的可能性都沒有。所以,開新能源汽車,請務必慢一點。那些動輒百公裏2秒3秒的加速於大部份消費者而言都沒什麽作用,如果駕馭不了,反而是一個巨大的安全隱患。