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电动汽车是如何预防电池自燃风险的

日期:2023-12-08    来源:上海工程技术大学科普教育基地

国际充换电网

2023
12/08
16:39
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关键词: 电动汽车动力电池 新能源汽车 电动汽车产业

几年前还是新生事物的电动汽车,今天已成为汽车市场的宠儿。我国新能源汽车在新车市场渗透率又已突破30%,在这其中纯电动汽车占了绝大多数。然而,媒体上的电动汽车“自燃”新闻,依旧会吓坏那些对电动汽车有兴趣的消费者。那么,电动机车真的那么容易自燃吗?汽车生产厂商又有哪些措施来确保电动汽车的电池安全呢?

图1 新能源汽车自燃事故现场

01、电池是怎么烧起来的?

电动汽车自燃的原因有电池散热不良,长期在高温环境下使用,车辆内部零件老化,线路老化破损,电池管理系统设计要求低,充电时间过长,充电环境封闭通风不良等。

电动汽车发生自燃主要由以下几种场景:充电过程中燃烧;汽车行驶或放置过程中燃烧;碰撞翻车引发燃烧;涉水引发燃烧。其中,充电过程中的燃烧是最常见的。

那么充电过程中的燃烧如何避免呢?那就不得不提到电池的管理系统了。

02、什么是电池管理系统

BMS,即电池管理系统(英语:Battery Management System)是对电池进行管理的系统,通常具有量测电池电压的功能,防止或避免电池过放电、过充电、过温度等异常状况出现。随着技术发展,已经逐渐增加许多功能。

电动汽车电池管理系统(BMS)是连接车载动力电池和电动汽车的重要纽带,它将电池或电池组的监测及管理集于一体,从而确保电池或者电池组的安全可靠,并以最佳状态输出动力。电池管理系统对于电动汽车而言具有重要的意义,它能够在单体电池性能一定的前提下,尽可能提高电源的利用率及可靠性,实现储能高能化,提高电池的储能总量、提高制动能量回收比例。

图2 电池管理系统的实物图

03、电池管理系统的基本功能

一个优秀的电池管理系统要包含以下功能:

图3 电池管理系统的基本功能框架图

(1)电池状态检测

一般指对电压,电流和温度等三种物理量的检测。对于温度的检测除了针对电池本身,还对环境温度和电池箱温度等进行监测,对于电池剩余电量的评估,安全?;さ确矫婢哂兄匾庖濉?/p>

电池状态检测是一个电池管理系统的最基本功能,是其他功能的前提与基础。

(2)电池状态分析

包括剩余电量评估(SOC)和电池老化程度评估(SOH)两部分。

电池SOC,全称是State of Charge,荷电状态,也叫剩余电量,用来反映电池的剩余容量,其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值。SOC状态除用百分比来反映外,还常?;凰愠傻刃奔浜偷刃Ю锍蹋眉菔辉被竦酶惫鄣男畔?。SOC是BMS系统中最重要的参数,因为其他一切都是以SOC为基础的,所以它的精度和健壮性极其重要。高精度的SOC估算可以有效地降低所需要的电池成本,延长电池的寿命。

而电池SOH,全称是State of Health,是对电池健康寿命状况的体现,是电池的电量、能量,充放电功率等状态的体现。对健康状态精准评估可充分了解电池当前的状态,依照底层前提作出维护计划,更正各项参数性能指标,降低或避免危险系数,或者对性能不能满足使用要求的单体电池进行维护替,降低使用成本。应该指出,SOH受动力电池使用过程中的工作温度、放电流的大小等因素的影响,需要在使用过程中不断进行评估和更新,以确保驾驶员获得更为准确的信息。

(3)电池安全保护

包括过流?;?,过充过放保护,过温保护三个部分。

过流?;?,指的是在充、放电过程中,如果工作电流超过了安全值,则应该采取相应的安全保护措施。有时候为了提供较大电流满足动力需求,部分磷酸铁锂电池支持在起步过程中过载放电。

过充?;ぶ冈诘绯睾傻缱刺?00%,为了防止过充伤害切断充电回路;过放?;ぴ诤傻缱刺?,防止过放带来的损坏,切断放电回路。为了避免行驶过程中切断电源带来的不安全性,一般选择当电池电量不足(5%)时,发出警告,提示驾驶员,逐步减小电流。使车缓慢停下。

过温?;?,指当温度超过一定限制值的时候对动力电池采取?;ば缘拇胧?。动力电池是一种化工产品,在高温下工作可能引起难以控制的化学反应,轻则损伤电池,严重时将会引起交通事故,造成人员伤亡。过温保护需要考虑环境温度,电池组的温度以及每个单体电池本身的温度。由于温度的变化需要一个过程,温度控制往往也具有滞后性,因此,温度?;ね悸且恍疤崆傲俊薄?/p>

(4)能量控制管理

包括电池充电能量控制管理,电池放电控制管理,电池均衡控制管理三个部分。

电池的充电控制管理:指在充电过程对充电电压,充电电流等参数进行实时的优化控制,优化目标包括充电时长,充电效率和充电饱和度。

电池放电控制管理:指在电池放电过程中根据电池状态对放电电流大小进行控制,使电池组发挥更大的效能。例如,在动力电池组剩余容量小于10%的状态下 如果能适当地限制电池组的最大放电电流大小,尽管会对汽车的最高速度产生影响,但这有利干延长车辆的续航里程,更为重要的是,这有利干延长动力电池组的寿命。

电池的均衡控制管理:采取一定的措施尽可能降低电池不一致性的负面影响,优化电池组整体放电效能,延长电池组整体寿命。对电池进行均衡管理有利于把剩余电荷利用起来,从而提高电池组的放电效能。

另外,制动能量回收常常也是能量控制管理的重要内容之一。例如,在某些混合动力汽车中,需要通过充放电控制管理把电池的荷电状态维持在60%~80%,以腾出足够的电荷容量空间来接收来自于制动而回收的能量。这样做的另外一个考虑就是使电池工作在等效内阻较小的一个区间,从而使充放电的效率更高。

(5)电池信息管理

包括系统内外信息交互,电池历史信息储存,电池信息显示三个部分。

系统内外信息的交互:包括内网和外网两部分,内网用于传递管理系统的内部信息,外网用于电池管理系统与整车控制器,电机控制器等部件交互信息。一方面,电池管理系统需要将电压、电流、温度等信息发送给其他部件;另一方面,整车控制器也需要将信息发送给电池管理系统。

电池历史信息的储存:信息存储从时效上具有两种方式,即“临时存储”与“永久存储”。其中临时存储是暂时保存电池信息,例如,暂存上一分钟估算所得的剩余电量及在过去一分钟内电流的变化信息,以便估算出此时此刻电池的剩余容量值:永久存储可保存时间跨度较大的历史信息。

进行电池历史信息存储具有以下几个方面的意义:

第一,数据缓冲,提高分析估算的精度;第二,有助于电池状态分析;第三,有助于故障分析与排除。

电池信息显示:包括实时电压,电流和温度,电池剩余电量,警告信息的显示。

图3 电池部分信息显示图

通过以上措施,电池管理系统可以最大程度地保障电池安全。现在的电动汽车的安全程度已经可以媲美传统燃油汽车。

04、电动汽车驾驶员的使用安全措施

尽管电池的安全性已经很高了,但是司机朋友在平时使用过程中仍然要注意一些安全措施。以下是交警部门的温馨提示。

1. 车辆应定期定检,保养车辆应前往专业维修保养点。仔细检查油路电路养成良好规范驾驶习惯。

2. 打火机、充电宝、车载香水等易燃易爆危险品放置在车内会成为汽车起火的隐患。尽量减少以上物品在车内的使用。

3. 严禁私自改装车辆特别是改装电路油路管线,改装车辆极易发生自燃或其他故障。

4. 停放车辆时,尽量选择地下车库、带遮阳(雨雪)棚的场所停放,请勿长时间在烈日或雨雪中停放。

5. 驾车行驶时如闻到异常味道或看到车辆冒烟应立即靠边停车熄火、断电,下车排查原因。

6. 若车辆燃烧,且火势越来越大,驾乘人员应迅速离开车辆,不要贪恋车内财物,立刻拨打119报警电话。

7. 遇到车辆起火报警时应说清事故地点,方位,人员数量,有无受伤等关键信息,远离起火车辆,注意自身安全。

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