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创为新能源参与起草《营运客车类型划分及等级评定》(JTT325-2018

时间:2018-07-07    点击量:35

  近几年出现的电池热失控引起的火灾的案例中,都是由于电池的生热速率远高于散热速率,且热量大量累积而未及时散发出去所引起的。从本质上而言,“热失控”是一个能量正反馈循环过程:升高的温度会导致系统变热,系统变热后温度升高,又反过来让系统变得更热。

  第1阶段:电池内部热失控阶段;电池在80~90℃时是安全的,温度升高到90~120℃之间时 SEI 膜开始分解,释放热量,温度升高。但是当温度达到120~130℃时保护层SEI膜遭到破坏,负极与溶剂、粘结剂反应,温度升高,隔膜融化关闭。温度继续升高至150℃之上后,内部电解质开始进行分解,继续释放热量,进一步加热电池。

  第2阶段:电池鼓包阶段;电池温度达到200℃之上时,正极材料分解,释放出大量热和气体,持续升温。250-350℃嵌锂态负极开始与电解液发生反应。

  第3 阶段:电池热失控,爆炸失效阶段;在反应发生过程中,电解液与正极反应产生的氧气剧烈反应并进一步使电池发生热失控。

  总结动力电池热失控成因发现,其实一般电池内短路在电子产品中出现的概率是千万分之一,也就是说平时生活中用到的单个电池安全性相对较高。但是在电动汽车中,一辆电动汽车的电池组需要几千个电池组成,这样发生热失控的概率就由千万分之一上升到千分之一。而且电动汽车的电池一旦发生危险,后果将非常严重,研究电池热失控的成因变得尤为重要。

  这是因为,第一,动力电池热失控导致燃烧行为复杂,所有的反应都发生在电池内部,其机理研究非常困难;第二,锂电池火灾蔓延迅速,易发生二次复燃;第三,没有公开的大规模锂电池防火测试数据可用于充分评估锂离子电池危害或确定可用于提供锂电池的整体防火抑制策略。

  近日,为提高道路运输车辆的安全性能,烟台创为新能源科技有限公司(简称:创为新能源)联合中国公路学会客车分会、安徽安凯汽车股份有限公司、郑州宇通客车股份有限公司以及中国汽车技术研究中心股份有限公司等十几家单位联合起草的《营运客车类型划分及等级评定》(JT/T325-2018)正式发布。

  《营运客车类型划分及等级评定》(JT/T325)标准,自1997年实施以来,经过了五次重大修改。近几年来,针对营运客,车重特大事故出现的情况,以及乘客对营运车辆的舒适性及安全性要求的进一步提高,交通部在2016年建通运输标准化计划中,将该标准列入修订项目,由全国汽车标准化技术委员会客车分技术委员会主持承担该标准的修订工作。

  《营运客车类型划分及等级评定》(JT/T325-2018)标准修订主要根据《营运客车安全技术条件》(JT/T1094-2016)标准对营运客车安全的要求新增安全配置和设施,从而提升营运客车安全整体水平,修订后的标准,配合前期发布的相关标准,将对提高道路运输车辆的安全性能产生积极作用。

  车长大于等于6m的纯电动客车、插电式混合动力客车,应能监测动力电池工作状态并在发现异常情形时报警,且报警后5min内电池箱外部不能起火爆炸。

  创为新能源作为国内动力电池热失控预警及安全技术的最早研究者和电池箱专用自动灭火装置行业的创领者,以其领先的技术和性能可靠的产品,受到了众多新能源整车厂和电池PACK厂的信赖和认可。公司首创的“动力电池热失控模型”,引领电池箱热失控监测及自动灭火技术的规模化应用。

  作为创为新能源的核心技术——“动力电池热失控模型”分为纵向、横向和垂向三维。纵向为多传感器的数据冗合,即对多组同环境下的传感器数据进行多次拟合,模拟不同材料、不同环境的数据表征曲线;横向为对传感器的历史数据进行连续时间算法,排除噪声干扰,有效解决了阈值法监测方式的漏报、误报、预警滞后问题;垂向采用穿刺、钝针积压等不同方法模拟不同类型容量动力电池热失控过程。

  通过三维融合,用数学手段,以大量实验及真实运行数据为基础,归纳热失控导致的各种变量之间的内在关系,采用神经学原理,形成极早、高可靠、自运行的“动力电池热失控模型”,实现电池火灾隐患的极早预警和主动控制。

  目前,创为产品在新能源客车领域已批量应用,成为宇通、中通、长江、比亚迪、上汽大通、金龙、亚星、安凯、舒驰、中国动力控股(香港)等五十余家主机厂配套供应商;在新能源乘用车及专用车领域,产品处于市场引领地位,为上汽大通、众泰汽车、中资国际机场专用车等配套装车。大量实车运行中发生的预警实例证明了创为“动力电池热失控模型”的有效性和先进性,使之成为当前电池箱热失控预警及自动灭火的先进技术。

  另外,在储能领域,已为南都电源、科信、力信、高特、中聚、易换骑、国轩储能等国内主流运营商配套安装,产品市场份额遥遥领先。

  基于“动力电池热失控模型”,创为新能源在前期研发试验的基础上,根据电池热失控的发生、发展及扩散规律,在沈阳消防研究所、大连国家化学工业气体质量监督检验中心等单位的支持下,重点研究了热失控初期的热传导、热辐射、热对流等各项因素下,火灾(热失控)主发电池对毗邻电池的热传播贡献,厘清火灾蔓延的主导传播路径。通过对PACK内部电池模组、间距、容量、环境温度以及工作状态的多次分析拟合,来模拟电池系统火灾蔓延的规律,最终形成电池系统火灾蔓延的多米诺效应模型。

  电池系统火灾蔓延多米诺效应模型通过对热失控传播主要途径、主控因素、临界条件等多方面的研究,一方面可以优化现有电池系统热失控传播的阻隔方法,有效阻隔电池组内热失控的传播,使热失控阻隔与系统散热二者协同作用,有利于减少热失控的发生;另一方面,可以指导设计电池安全防护策略,从电池内部安全设计、外部安全设计到早期热失控预警、防护技术及控制措施的制定都具有明确的针对性,有利于热失控的极早期准确预警和处置。

  当前,在长续航里程的要求下,乘用车绝大部分使用三元系电池。2018年以来,接连爆出特斯拉在国内外多次起火伤人事故、国内某品牌乘用车4S店电池接连续爆炸事件、国内某品牌乘用车当街爆燃事件、某品牌乘用车电池爆炸事件等几十起恶性事故,引发了社会和行业人士的广泛关注,三元电池不可忽视的不安全缺陷不断暴露出来。

  在针对磷酸铁锂热失控监测预警技术相对成熟的基础上,2017年初,创为新能源即开始悄悄发力研发三元电池的热失控监测预警技术,至今,已通过多次反复试验,摸索出了三元电池热失控的发生、发展及扩散规律,形成了热失控隐蔽发生、快速发展状况下的监测及预警技术。

  2018年6月,创为新能源与复旦大学两位研究正负极材料的国家千人专家在锂离子电池火灾防控关键基础问题研究科研项目上达成合作,拟在未来五年内,投入3000万研发资金,针对以下课题展开深度技术研发:

  (4)依据热失控模型和致灾分析结果,构建热失控早期表征参数体系,建立电池热失控预警模型,制定电池系统安全防护技术和防护装置联动控制策略,研发面向乘用车的电池系统热失控预警及控制装置;

  (5)研究快速充电情况下的瞬时极化现象及负极析锂现象,及其引起电池寿命快速衰减与电池内短路甚至热失控的机制;

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