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新能源电车电池安全问题,该如何解决?

2024-08-01科学

作为一个动力电池研发工程师,新能源汽车动力电池安全问题,无法彻底解决,也就是当下市场上所有的新能源汽车的动力电池,都无法做到不起火不爆炸。

目前新能源汽车用的动力电池都是锂离子电池,不管是三元锂电池,还是磷酸铁锂电池。确切一点的说法是液态锂离子电池。锂离子电池可也说是目前用作动力电池的最优解了,因为车企需要在能量密度,成本,寿命以及安全这些因素中考虑。

其中,能量密度跟安全成反比关系,能量密度越高,越不安全,同时成本也很高。能量密度低,成本低,也安全,但是续航不行。也就是这些指标又是互相矛盾的,电池相关性能需要权衡考虑。

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对于新能源汽车,大家最为关心的就是纯电续航。一辆车上,可以布置电池的位置有限,如何充分利用有限的空间尽可能的布置更多的电池,从而让续航最大化。是选择能量密度更大的三元锂电池,还是采用能量密度稍微小一点的磷酸铁锂电池。这些汽车厂家都要权衡去考量。

如果采用三元锂电池,电池的热失控要如何设置才能通过,放置在底盘上,一旦发生了事故,如何保证电池不被挤压,就算是被挤压的,碰撞物该如何保证不进入电池箱体。这些都是工程师每天要考虑的问题。

针对于动力电池的属性,目前各大车企几乎通用的做法主要有三点,第一,气凝胶,用气凝胶隔热。第二,云母板,用云母板挡住热量的传递。第三,排气阀,电池包箱体压力过大,或者热量过多,通过排气阀及时的排放出去。

气凝胶

气凝胶的主要作用就是隔热, 气凝胶由于其极低的导热系数,可以有效隔绝热量传递,气凝胶可以承受超过1000℃的稳定。而且气凝胶具有不燃性,即使遇到高温也不会燃烧,是一种良好的防火材料。

主要的做法就是在电芯与电芯之间贴上一层气凝胶。下图是电池模组的结构图,图中可以看出,序号5就是气凝胶,布置在电芯中间。如果其中一个电芯或者两个电芯发生了热失控,气凝胶可以有效的把热量个隔住,不让热量传递到周边好的电池模组,从而控制住电池模组的热失控。

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云母板

云母板的作用是挡住热量的传递,通常布置在电池模组的上面。 电池一旦发生了热失控,通常状态下,火苗是往上面喷的,电池模组上面就是上盖,上盖的上面是整车底盘,如果没有云母板把火苗给隔住,不就直接烤屁股了吗。

下图是一个电池包的结构图,图片中可以看到,序号5也就是长方形结构的就是云母板,布置在电池模组上面,目的就是阻挡热量,不让热量往上面传递。

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排气阀

针对热失控设计三道门的最后一个设计就是排气阀。排气阀是一个单向阀,其作用就是当电池包内的温度压力上升到一定程度,电池包内的压力会把排气阀给顶开,让热量以及压力能够及时的排放出去。

下图中,序号6就是排气阀,一个电池包通常最少会布置两个排气阀,也有布置4个排气阀的。排气阀通常安装在箱体上,上箱体跟下箱体都可以,然后排气阀也是具备密封功能,可以防灰尘,防进水。

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有的排气阀上面会设计一个可以呼吸的薄膜,这个薄膜可以防灰尘,防水,但是可以用来换气。

上述三点,气凝胶,云母板,排气阀,主要是针对电池热失控的设计。现在几乎是三元锂电池同样的设计了。如果换成磷酸铁锂电池,可以稍微放低一下要求,因为磷酸铁锂电池的着火点比较高,一旦发生了热失控大部分电池都只是只冒烟,不着火。

可以把云母板换成隔热毯,电芯与电芯之间也不需要铺上气凝胶,用普通的隔热板就可以了。总之磷酸铁锂的热失控设计肯定要比三元锂电池热失控设计要省钱多了。

尽管针对锂离子电池热失控有各种各样的设计,这些设计只能降低着火的概率,以及着火后,有足够的时间逃离,但是依旧无法保证锂离子电池不着火不爆炸。

有一种特殊的情况,那就是因为撞击而产生了着火,这个全世界都无解,一旦动力电池因为撞击而产生了着火,连营救的可能性都没有。所以,开新能源汽车,请务必慢一点。那些动辄百公里2秒3秒的加速于大部分消费者而言都没什么作用,如果驾驭不了,反而是一个巨大的安全隐患。