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数据解析电动汽车「热失控」实验
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在 1 月中旬举办的 EVS-GTR(全球安全技术技术法规)会议中,展示了目前国内热失控实验的实际测试情况——在这个领域,国内从测试到实施都是走在国际前列的。文章在第二部分加拿大团队把 LEAF(50 万台也没烧过几台的车型)拿出来做整车热失控实验可以看出两者之间的本质差异。

我个人认为,国内的做法是先通过各种措施不断降低电池成本,容许电芯层面有一定的概率问题;而日本这边严守电芯各个环节的结果层面不出问题;韩国的几家电池企业则是介于两者之间。目前,国内的动力电池低成本策略已经推动了电动汽车大规模渗透导入的前期准备,而热失控实验将是一个不断改进的过程。

【热失控的实际状态】

这份材料首先说明了国内电动汽车起火事故中 63.35% 是与电池热失控/扩散相关,其次是充电引起的(充电问题其实也是和电池有关系的)。而在热失控场景的细分状态下,则分为驾驶、停置、充电后停置热失控。其实最让人担心的就是车辆本身没有碰撞或者受到异常的冲击情况下,在充放电混合的驾驶场景热失控——比例为 45.71%,而在充满电之后停放状态发生热失控的比例为 41.91%。

图1 不同状态热失控的比例

为了应对这种情况,目前车企对于一定运营时间之后的车辆限制了最高的 SOC 上限。而电网端对于快充的最高 SOC 也都有限制,这个 95% 的 SOC 设置是基于 BMS 发给充电桩的。

针对目前国内的认证实验情况,这部分是 59 个热失控测试结果统计(包括国内测试机构的 19 个国标强检测试和 40个车企开发验证测试)——

1)目前选用的热失控触发方式以电芯加热为主(37 个),外部针刺为辅(22 个),这是因为实际针刺需要在 Pack上开孔。

2)总体来看,已经有 20 个实验实现了没有整包的热失控,有 1 个实现了 60 分钟以后的热失控。

备注:热失控实验其实对环境条件影响很大,不同位置、不同温度触发的热失控差异特别大。

图2 热失控实验的情况

在 19 个做强检的测试产品中,都是在 10 分钟以上的,到了这个阶段都是把比较成熟的产品拿过来做实验,有 10 个案例是没有起火的(这部分没有标示电芯能量密度,LFP 是很容易实现这种效果的)。

图3 强检的热失控实验

至于开发实验的情况,就是车企还在实验,相当一部分拿了高能量密度的电芯去做实验,有好多都没有撑住 5 分钟。

图4 开发实验的热失控统计

在目前的设计中,有相当一部分是开启 10 个水冷工作的,也就是通过热失控检测感知触发水冷系统工作,这里对于整车的工作逻辑都有很大的变化,这部分对于车辆实现不热失控至关重要。实际上,为了热失控这样的小概率场景,车企是需要开发一个单独的控制状态来应对的这样的特殊且危害巨大的场景。

图5 热失控状态下热管理系统的开启

【国外的研究情况】

我最近看了 AVL 和 FEV 有关热失控方向上面的处理,其实国外之前对于这个话题是比较抵触的。比如 LEAF 40kWh这样的经典电动车型,50 万台的存量没“烧过”几台,做整车热失控时整体还是呈蔓延状态的,但是这种场景在之前AESC 的电芯上,由于严格的控制就是没发生或者说概率很低。当然这也是导致 AESC 的成本下不来的根本原因。

从长远来看,选择低成本和高能量密度两项,还要满足不断提高的快充功率,热失控传播实验还是非常需要的。

小结:从 2017 年实行的 120Wh/kg 限制,到 2019 年大概有 200 万+存量的三元车型,这部分在后续预计还会带来不少的起火事故。随着时间的推移,对这些车电池状态的监控和替换,包括降 SOC 和功率使用可能是必然的。而从2021 年开始导入更多的热失控控制措施,也会让电池包的安全层面有比较大幅度的提升,这是一个动态的过程。我相信 2020 年欧洲大规模快速扩张的 130 万台电动乘用车里面,也会有很多的问题,我们可能还要在很长一段时期内和电动汽车起火事故“相伴”。

图|网络及相关截图

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所以晚买晚安全,还有即使同一电池供应商,在不同车厂后续安全处理工艺有天壤之别