新能源汽車作為目前的大趨勢,隨著滲透率的日漸提高,其最核心的三電技術也備受關註,其中的電池問題更加屬於人們日常討論的焦點,這也是燃油車陣營最常排斥的物件。
在數據網站我找了一份數據,可以看到,在2022年,對於新能源的安全問題成為了大多數人的不滿意因素,當然這也和頻發的熱點事件有關。
接下來看一下動力電池存在的問題:
一:環境高溫,引起電池正負極的劇烈反應,反應會向可燃的電解液中釋放大量的能量,並析出氧氣,導致電池膨脹、過熱甚至失火。
二:外部的物理性破壞,導致電池隔膜貫穿,正負極直接接觸使得電池內短路,短時間內釋放大量電能,導致電池熱失控。
三:電池過充、過放導致的內部結構損壞,從而引發電池的熱失控。
為了提升續航裏程,當前的純電動車大都將動力電池布置在底板下方,電池面積大,幾乎覆蓋整個底板,其周邊到車身邊緣的距離通常不會很大,因此在碰撞或托底時容易被擠壓。
近年來電池單體的能量密度提升過快,伴隨的就是電芯穩定性的降低,在機械載荷下發生熱失控的風險加大,因為補貼政策對動力電池系統能量密度有要求,為提升整包能量密度,國內的純電動汽車傾向於將電池包殼體結構做的盡量輕巧,導致對內部模組和高壓器件的防護不足。
對於汽車這種產品來說,安全是一個永恒話題,正因如此,目前在全球範圍內,都在努力做電池安全的設計,其中最關鍵的就是在單個電池熱失控之後,阻斷電芯之間的失控的鏈式反應,使得整包不會受到影響,技術改進主要在電芯層級和系統層級兩個方向。
化學體系的差異從設計難度上、或電池系統的活躍程度來看,三元鋰>磷酸鐵鋰,電池的穩定性正好就是反過來的,磷酸鐵鋰電池是相對更安全的,目前主要的難度還是在高鎳電芯方面存在挑戰。
另外一個就是電芯之間的熱隔絕材料,如何選用合適的材料,以防單個電芯出現問題之後,不會影響其他電芯呢?目前的電池包,會在電芯間會加入隔熱材料比如氣凝膠,隔絕電芯之間的熱失控。同時每隔一定的電芯數量間都采用高溫絕熱復合材料,然後配合防護罩設計定向排爆出口,將高溫氣體流排出。
透過設計多種類換流通道設計,控制熱源按預定軌跡流動,減少對相鄰電池區塊進行熱沖擊,並且控制電芯熱失控排出的氣體流,在不同結構通道內的均勻分布,設計縱向通道等,避免對相鄰的電芯產生急劇性的熱沖擊,引發第二次熱失控。
最後就是對物理破壞的防護:
首先需要增強外殼的阻燃效能,當電池發生熱失控時,高阻燃外殼具有抑制火勢擴散的功能。
其次改善電池的密封效能,在殼體表層采用耐阻燃塗層,增強電池包外殼的抗火焰能力,模組、電芯和電池包殼體之間可以加裝防火氈材料,在電池發生熱失控時,防火氈材料能夠有效阻隔熱量傳播以及限制火勢走向,起到了阻隔單體電芯之間發生連鎖反應的作用,改善了電池防火效能的能力。
在電池箱的結構上也可以采用高強度材料,采用加強筋或者設定緩沖裝置等,設定緩沖結構來緩沖吸收部份碰撞的力,保護電池組受到損壞,降低由於機械碰撞造成短路的風險。