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新能源汽车安全实例解析

2017/7/2 8:03:09      点击:

导读: 实践中,如何早期准确探测电解液泄露是一个相当巨大的挑战,难点在于既“早期”又“准确”,还要符合在“汽车”、“电池箱”等一系列应用环境。因为高度灵敏的传感器会受到电池箱内密封材料挥发气体的影响,造成误报。

一、前言

随着2012年国务院《节能与新能源汽车产业发展规划(2012―2020年)》的发布,新能源汽车迎来了发展的春天。为加快新能源汽车的推广应用,国务院办公厅2014年7月发布《关于加快新能源汽车推广应用的指导意见》,重申了“以纯电驱动为新能源汽车发展的主要战略取向”,动力电池得以迅猛发展。为加快在交通运输行业的推广应用,交通运输部2015年3月发布《交通运输部关于加快推进新能源汽车在交通运输行业推广应用的实施意见》,交通运输行业勇当排头兵,为中国新能源汽车产业的发展奠定了坚实的基础。

随着新能源汽车的大量应用,安全事故亦屡见不鲜,并成高发态势。为解决其安全隐患,交通运输行业做了大量工作,并形成了相关要求和标准规范,在交运发【2015】34号文、《JT/T325-2013》第一号修改单、《JT/T888-2014》第一号修改单中,均做了强制性要求。在执行这些标准中,交通运输企业获得了远超预期的收获----及时的发现新能源汽车的安全隐患,并有效排除,极大的保障了新能源汽车的安全运营。笔者就几起安全隐患发现及排除的过程谈一点认知。

二、实例分析

2017年3月12日,某公交公司3路纯电动公交3号电池箱报2级预警(安全隐患等级),驾驶员及时上报公司,并停止运行。采集数据分析,其他箱体电池气体含量和变化率正常,3号电池箱气体含量和变化率明显高出。判定为电池危险气体超标,可能为电池漏液导致。后经公交公司、车企、电池企业协同努力,拆箱检查,证实为电池漏液。更换电池,不再报警。

2017年3月16日,某交运公司某纯电动公交4号电池箱报2级预警,驾驶员描述,第一次2级预警16年12月份,拆箱后报警消失;第二次预警17年2月份,拆箱后报警消失。本次是第三次预警。交运公司高度重视,协调报警系统厂家、电池企业、车企协同判定,经采集数据分析,该4号箱数值及趋势与其它箱体完全偏离,结合以往报警及消失现象,初步判定为电解液漏液。 拆箱检查,证实为某只单体电池安全阀不明原因受损,电解液泄露。

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泄压阀周围有漏液腐蚀的现象

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电芯漏液后的腐蚀痕迹

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漏液电芯的泄压阀口被胶带封死

用胶带封住此安全阀门,2分钟后打开胶布瞬间闻见电解液味道。打开电池箱后,又再次连接02设备读数据,再没有达到报警值。重现前两次报警取消的过程。更换电池后,不再报警。

2017年3月19日,某公交公司某纯电动公交报7号箱2级预警,驾驶员及时上报公司,并停止运行。数据分析判定为电池危险气体超标,可能为电池漏液导致。后经车企、电池企业协同努力,拆箱检查,证实为电池漏液。更换电池后,不再报警。

2017年3月20日,某交运集团县城公交某纯电动公交报3号箱2级预警,驾驶员及时上报并停止运行。数据分析判定为电池危险气体超标,可能为电池漏液导致。后经拆箱检查,证实为两支电芯发生不明原因泄露。

三、电解液泄露的危害和原因

电解液泄露,指的是电池在存放或使用当中,电解液或电解液反应的气体非正常泄露。表现为安全阀周围有电解液溢出,电池槽盖间有电解液溢出,壳体四周或底部有电解液溢出,接线端子周围出现爬酸。

漏液的危害巨大,若极柱、槽盖间和壳体发生漏液,因阀控式电池不允许电池的内外联通,外部的空气自由进入电池内后会迅速导致负极板的氧化失效,表现就是电池组容量和寿命急剧衰减(原理就如同手电筒的某节干电池漏液,会造成整支手电筒电池快速报废)。例如200公里的续航里程可能急剧衰减到100公里,5年寿命的电池衰减到2年。更加危险的是,漏液后对系统造成短路的可能性大大增加。更有甚者,电解液挥发在密封的电池箱内,长时间聚集成为火灾的重要来源,严重危害运营安全。

电解液泄露的原因由多方面造成:外力损伤;碰撞、安装不规范造成密封结构破坏;焊接缺陷、密封性能不够等制造原因;大电流放电引起的极柱高温,而导致的极柱与密封胶结合的破坏;电池壳体存在注塑缺陷等。 然而,大电流放电可能由于使用场景的不同而不可避免。这就要求电池的热设计要足够好,制造阶段足够精密,安装阶段足够规范。对电池企业的技术、生产和管理提出了挑战。

电芯发生漏液的概率,仅做粗略计算:但就生产管理环节而言,电池企业现在使用的Six-Sigma(6-西格玛)过程控制允许每百万只电池的故障概率(PPM)为3.47,则PPM=3.47. 按每台车100度电,每只电芯60AH容量计算,每台车需要近500只电芯,则1000台车中有1.73只电芯将发生漏液。遗憾的是,实践中发生漏液的电芯比例远远高出每千台车1.73只。

四、如何防控

可喜的是,借助交通部、工信部、公安部等相关国家标准和行业标准的东风,新一代的新能源客车具备了主动防控系统等安全措施,如交运发【2015】34号文中明确指出,“新能源汽车必须符合国家有关技术标准,新能源公交车还应满足《公共汽车类型划分及等级评定》(JT/T888-2014),配置安全监控管理系统、电池箱专用自动灭火装置等安全设备”;工信部《电动客车安全技术条件》也提出了明确要求:“4.3.6可充电储能系统应具备火灾检测自动报警功能,应在驾驶区给驾驶员提供声或光报警信号”;据了解,公安部《GB7258机动车运行安全技术条件》也明确提出“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5 分钟内电池箱外部不能起火爆炸”。

在这些系统中,电解液漏液检测是一个相当重要的功能。我们不知道一辆纯电动客车500只电芯单体中,哪一只会发生恶化癌变,但我们可以全部监控,一旦探测到,马上剔除,对这些隐形的安全隐患进行有效控制。 再辅以灭火装置、防火地板等手段,将事故分阶段控制、拦截。形成全生命周期的危险源监控体系,将会极大提高新能源客车的安全运营水平。

形成全生命周期监控体系,还将有助于提高新能源汽车的运行效率。全体电池单体中,没有恶化癌变的破坏分子,全部是健康的个体,将最大程度上保障电池的续航里程和使用寿命,从而提高交通运输企业的运营效率。

五、如何有效实现电池漏液检测

实践中,如何早期准确探测电解液泄露是一个相当巨大的挑战,难点在于既“早期”又“准确”,还要符合在“汽车”、“电池箱”等一系列应用环境。因为高度灵敏的传感器会受到电池箱内密封材料挥发气体的影响,造成误报;而低灵敏度的传感器又失去了早期预警的功能,众所周知,由于电池火灾的剧烈程度,滞后报警的后果极度严重不可承受。

另一个巨大的挑战是“高可靠”、“长寿命”,由于装置密封于电池箱内部,8年12万公里的超长质保是基本要求,问题是如何使得系统在长达8年的恶劣环境中保持高可靠性。这涉及到一系列的技术难题。

值得庆幸的是,对电池的全生命周期监控,特别是漏液检测,得到了实践的证明,行之有效。对于长时间之后的报警准确度,有待继续验证。使得设备具有软件升级,是必须要保证的基础功能之一,以供更新软件系统,使得设备保持高可用性。