动力电池安全介绍及相关措施课件

动力电池安全介绍及相关措施动力电池安全介绍及相关措施目录ABCPage2动力电池安全事故动力电池基础介绍动力电池安全措施目录ABCPage2动力电池安全事故动力电池基础介绍Page3新能源汽车事故

作为新的汽车产品形态，新能源汽车频发的起火、爆炸等事故也引发了全社会高度关注。时间地点原因2013年10月1日美国西雅图南部公路行驶中车辆自燃（路面硬物刺穿电池组）2013年10月18日墨西哥高速行驶碰撞后起火/爆炸（电池组被刺穿）2013年11月7日美国田纳西州士麦那行驶中车辆自燃（电池组被刺穿）2013年11月15日美国加州奥兰治县居民车库充电器过热起火2014年2月初加拿大多伦多居民车库熄火后车辆自燃（原因不明，但已排除电池、充电系统、适配器或电源插座）2014年7月4日美国洛杉矶高速公路碰撞后起火（车体断裂）2016年1月1日挪威耶尔斯塔临时超级充电站充电时起火/爆炸（原因有待查明）特斯拉自主品牌时间地点品牌原因2011年4月11日杭州-公路众泰朗悦运行中车辆自燃（电池漏液、绝缘受损以及局部短路等）2012年5月26日深圳-公路比亚迪E6碰撞后起火/爆炸（电池组被刺穿）2015年3月27日漳州-公交站陆地方舟行驶中起火冒烟（电池组短路）2015年4月26日深圳-充电站五洲龙充电时起火自燃（电池严重过充）2016年3月16日深圳-公交站五洲龙行驶中车辆自燃（初步判断为电瓶搭线处起火）Page3新能源汽车事故作为新的汽车产品形态Page4电池事故1.2008年PriusPHEV起火事件事故原因：因装配设计存在缺陷（报道中称用户对电池包进行了改装），行驶中电池组某处接头松动，该处电阻增大，异常生热导致其附近温度过高，并最终引发热失控，并波及整个电池包。2.2013年TeslaModelS起火事件事故原因：汽车在高速运行中，与路面上的大型金属物体发生碰撞，底盘（电池包外壳）被刺穿，导致电池内部短路，引发热失控。3.2011年雪佛兰沃蓝达PHEV起火事件事故原因：车辆在碰撞测试中锂电池组受损，经过翻滚试验后电池热管理系统的冷却液泄露并与电池组件接触，有导致电池内部短路的风险，并会最终引发自燃。电动汽车起火事故的直接成因总结：过热、内短路、外短路、碰撞、针刺…

锂离子动力电池安全性事故的主要表现为锂离子电池的热失控Page4电池事故1.2008年PriusPHEV锂离子动力电池热失控的发生机制Page5锂离子电池在正常充放电反应外，还存在许多潜在的放热副反应。当电池温度过高或充电电压过高时，容易引发[1]。[1]武汉大学，锂离子动力电池的安全性问题。艾新平SEI膜分解导致电解液在裸露的高活性碳负极表面的还原分解；充电态正极的热分解；电解质的热分解；粘结剂与高活性负极的反应；主要的过热副反应[1][2]锂离子动力电池热失控的发生机制Page5锂离子电池在正常充目录ABCPage6动力电池安全事故动力电池基础介绍动力电池安全措施目录ABCPage6动力电池安全事故动力电池基础介绍Page7电动汽车三大核心技术新能源汽车三大核心技术：1、电控2、电机3、电池Page7电动汽车三大核心技术新能源汽车三大核心技术：Page8电池构造电池系统主要组成：1、模组；2、管理系统（BMS）；3、高压控制系统（BDU）；4、热管理系统；5、结构支撑件、线束、同排；6、壳体；7、接插件及安全开关。Page8电池构造电池系统主要组成：Page9电池技术锂电池技术金属-空气电池技术等

目前的成熟技术：

锂离子电池技术燃料电池技术（HydroyenFeul）Page9电池技术锂电池技术Page10锂电池技术电池为一种能量转换装置。充电时，电能转换为化学能储存起来；放电时，化学能转换为电能。一次电池，电池的反应是不可逆。二次电池，电池的反应可逆，可进行多次反复充放电。Page10锂电池技术电池为一种能量转换装置。

体系卷绕技术铝壳技术圆柱电池方形电池软包技术叠片技术

Page11三元体系VS锂酸铁锂体系钛酸锂负极体系碳纳米管、石墨烯添加，快速充电体系锂电池体系及工艺

工艺体系PagPage12序号项目圆柱行方形软包1电芯图2模组图3液冷模式电池类别Page12序号项目圆柱行方形软包1电芯图2模组图3液冷模Page13电池类别结构设计影响圆形卷绕方形叠片软包卷绕极片、隔膜张力恒定恒定变张力极耳数目正、负单耳正、负多极耳可多极耳，但操作困难电芯内外层差异明显无差异不明显散热特性不好良好良好倍率特性不好优良较好单体自动组装难度容易较难容易电池一致性较好好一般优点生产工艺成熟，一致性好，成本低。容易模块化，标准化。易于安装固定。形状可以多样化，占空间比例小，质量比能量和体积比能量好。缺点内阻大，电芯内部不容易散热，寿命低。安全防爆阀的设计要求高，能量密度相对低。不容易固定，容易鼓包回收及再利用难，可回收利用价值低。容易。一般Page13电池类别结构设计影响圆形卷绕方形叠片软包卷绕极目录ABCPage14动力电池安全事故动力电池基础介绍动力电池安全措施目录ABCPage14动力电池安全事故动力电池基础介结构安全模组结构箱体结构绝缘防护绝缘检测密封防水热管理安全电池包加热电池包制冷充电安全充电协议充电管理热管理Page15电池失效失效模式结构不可靠绝缘失效漏水热管理失效BMS失效充电起火结构模组结构箱体结构绝缘绝缘检测密封防水热管理电池包加热电池结构设计仿真分析实验验证Page16电池安全设计GB/T31467.2GB/T31467.3静态仿真动态仿真结构强度密封防护结构设计仿真分析实验验证Page16电池安全设计GB/T1、输入信号采集、输出信号控制；2、高压上下管理；3、充电控制；4、电池包母线高压测量，母线电流测量；5、SOC/SOH/绝缘电阻/内阻计算；6、电芯状态统计、电芯均衡功能控制；7、传感器自学习、故障诊断、故障存储功能，充电通信协议。1、电芯单体的电压采集；2、温度采集；3、执行电芯均衡功能。Page17电池安全管理电池管理系统从控制器电池管理系统主控制器1、输入信号采集、输出信号控制；1、电芯单体的电压采集；PaPage18电池热安全设计方式自然冷却+PTC直接加热风冷液冷液冷+风冷方式图优劣优势：1、结构简单劣势：1、无冷却功能2、加热对电芯温度冲击大优势：1、结构简单劣势：1、IP67无法实现2、消耗大量电池电量3、温度均匀性较差优势：1、温度均匀劣势：1、整车配合高2、消耗少量电池电量3、热交换效率较低优势：1、换热效率高劣势：1、温度均匀性较差2、消耗少量电池电量成熟度国内技术成熟国内技术成熟国内技术成熟国内技术不成熟成本低低中高适用圆柱、方形、软包方形、软包圆柱、方形、软包方形、软包Page18电池热安全设计方式自然冷却+PTC直接加热风冷汽车动力蓄电池产品检验目录Page19标准号名称备注GB/T31484-2015电动汽车用蓄电池循环寿命技术要求及试验方法GB/T31485-2015电动汽车用蓄电池安全技术要求及试验方法GB/T31486-2015电动汽车用蓄电池电性能技术要求及试验方法GB/T31467.2-2015电动汽车用锂离子蓄电池包和系统第2部分：高能量应用测试规程GB/T31467.3-2005电动汽车用锂离子蓄电池包和系统第3部分：安全性要求与测试方法QC/T897-2011电动汽车用电池管理系统技术条件要求做GB/T18388-2005电动汽车定型试验规程电池一致性检测汽车动力蓄电池产品检验目录Page19标准号名称备注GB/资质申请Page20

如果想获得纯电动乘用车资质牌照，电芯、模块和系统必须由整车厂委托国家认定的检测机构检测，必须通过标准规范；BMS也必须通过QC/T897-2011《电动汽车用电池管理系统技术条件》检测；3万公里后的动力电池一致性检测，也必须满足要求（单体最大压差不超过50mv或续驶里程衰减率低于10%）

检测所需电芯24只，模块22组和系统5+6组；所需周期约60~90天（除去循环性能测试，如测试循环性能约需330天）。详情见以下分解。资质申请Page20 如果想获得纯电动乘用车资质牌照，电测试周期及样品要求Page21分类检测项目检测周期GB/T31484-2015GB/T31486-2015单体模块电性能常温容量新标准检测同期除工况循环寿命约60天；加上标准循环寿命（500次）170天/（1000次）330天；单体4只，模块12组√√低温容量Х√高温容量Х√倍率容量Х√倍率充电性能Х√常温荷电保持与容量恢复Х√高温荷电保持与容量恢复Х√储存Х√耐振动Х√简单模拟工况ХХ标准循环寿命Х√工况循环Х√测试周期及样品要求Page21分类GB/T31484-2热性能测试步骤及要求Page22

检测项目测试步骤合格要求参考标准单体加热1，电芯充满电

2，以5℃/min速率升温至130℃，并保温30min

3，观察1h不爆炸、不起火GB/T31485-2015温度循环1，电芯充满电

2，从25℃开始试验，60分钟降至-40℃，保持90分钟，接着60分钟升温至25℃，继续用90分钟，升温至85℃，保温110分钟，继续用70分钟，降温至25℃。以上步骤循环5次。

3，观察1h不爆炸、不起火、不泻漏液GB/T31485-2015模块加热1，模块充满电

2，以5℃/min速率升温至130℃，并保温30min

3，观察1h不爆炸、不起火GB/T31485-2015温度循环1，电芯充满电

2，从25℃开始试验，60分钟降至-40℃，保持90分钟，接着60分钟升温至25℃，继续用90分钟，升温至85℃，保温110分钟，继续用70分钟，降温至25℃。以上步骤循环5次。

3，观察1h不爆炸、不起火、不泻漏液GB/T31485-2015热性能测试步骤及要求Page22检测项目测试步骤合格要求热性能测试步骤及要求Page23

检测项目测试步骤合格要求参考标准电池包温度冲击1，电池包处于100%SOC状态

2，电池包置于（-40±2）℃~（85±2）℃之间交变温度环境中，两种极端温度转变的时间小于30min。每个极端温度下保持8h，循环5次

3，室温下观察2h无电解液泄漏、外壳破裂、着火或者爆炸等现象，试验后绝缘电阻值不小于100Ω/VGB/T31467.3-2015湿热循环1，电池包处于100%SOC状态

2，按照GB2423.4执行Db，最高温度80℃，循环5次

3，室温下观察2h无电解液泄漏、外壳破裂、着火或者爆炸等现象，试验后30min内的绝缘电阻值不小于100Ω/VGB/T31467.3-2015外部火烧1，电池包处于100%SOC状态

2，汽油页面与测试样品表面距离50cm或车空载的离地间隙。汽油点燃预热60s之后，置于测试样品下，使测试样品直接暴露火焰下70s。

3，将油盘盖上，保持60s或经过协商继续燃烧60s

3，室温下观察2h无爆炸现象，若有火苗，应在火源移开2min内熄灭GB/T31467.3-2015过温试验1，保持BMS及冷却系统正常工作

2，以最大允许充放电电流持续工作直至电池管理系统起作用，或出现以下情况，停止试验：1）超过最高温度10℃；2）1小时内最高温度变化小于4℃；3）出现其他意外情况无放电电流锐变，电压异常，试验后电池系统无电解液泄漏、外壳破裂、着火或者爆炸等现象，试验后绝缘电阻值不小于100Ω/VGB/T31467.3-2015热性能测试步骤及要求Page23检测项目测试步骤合格要求热性能测试步骤及要求Page24序号检验项目样品分组及数量QCT897-20111绝缘电阻样品1、2、3√2绝缘耐压性能样品1√3电池系统状态监测样品1、2、3√4SOC估算样品2√5电池故障诊断√6安全保护√7过电压运行√8欠电压运行√9高温运行√10低温运行√11耐高温性能√12耐低温性能√13耐盐雾性能√14耐湿热性能样品3√15耐振动性能√16耐电源极性反接性能样品1√17电磁辐射抗扰性√热性能测试步骤及要求Page24序号检验项目样品分组及数量谢谢！Page25谢谢！Page25Page26电池事故1.2008年PriusPHEV起火事件事故原因：因装配设计存在缺陷（报道中称用户对电池包进行了改装），行驶中电池组某处接头松动，该处电阻增大，异常生热导致其附近温度过高，并最终引发热失控，并波及整个电池包。2.2013年TeslaModelS起火事件事故原因：汽车在高速运行中，与路面上的大型金属物体发生碰撞，底盘（电池包外壳）被刺穿，导致电池内部短路，引发热失控。3.2011年雪佛兰沃蓝达PHEV起火事件事故原因：车辆在碰撞测试中锂电池组受损，经过翻滚试验后电池热管理系统的冷却液泄露并与电池组件接触，有导致电池内部短路的风险，并会最终引发自燃。电动汽车起火事故的直接成因总结：过热、内短路、外短路、碰撞、针刺…

锂离子动力电池安全性事故的主要表现为锂离子电池的热失控Page26电池事故1.2008年PriusPHEVPage27电池构造电池系统主要组成：1、模组；2、管理系统（BMS）；3、高压控制系统（BDU）；4、热管理系统；5、结构支撑件、线束、同排；6、壳体；7、接插件及安全开关。Page27电池构造电池系统主要组成：Page28电池类别结构设计影响圆形卷绕方形叠片软包卷绕极片、隔膜张力恒定恒定变张力极耳数目正、负单耳正、负多极耳可多极耳，但操作困难电芯内外层差异明显无差异不明显散热特性不好良好良好倍率特性不好优良较好单体自动组装难度容易较难容易电池一致性较好好一般优点生产工艺成熟，一致性好，成本低。容易模块化，标准化。易于安装固定。形状可以多样化，占空间比例小，质量比能量和体积比能量好。缺点内阻大，电芯内部不容易散热，寿命低。安全防爆阀的设计要求高，能量密度相对低。不容易固定，容易鼓包回收及再利用难，可回收利用价值低。容易。一般Page28电池类别结构设计影响圆形卷绕方形叠片软包卷绕极1、输入信号采集、输出信号控制；2、高压上下管理；3、充电控制；4、电池包母线高压测量，母线电流测量；5、SOC/SOH/绝缘电阻/内阻计算；6、电芯状态统计、电芯均衡功能控制；7、传感器自学习、故障诊断、故障存储功能，充电通信协议。1、电芯单体的电压采集；2、温度采集；3、执行电芯均衡功能。Page29电池安全管理电池管理系统从控制器电池管理系统主控制器1、输入信号采集、输出信号控制；1、电芯单体的电压采集；Pa汽车动力蓄电池产品检验目录Page30标准号名称备注GB/T31484-2015电动汽车用蓄电池循环寿命技术要求及试验方法GB/T31485-2015