鉅大LARGE | 點擊量:708次 | 2022年02月12日
充電鋰電池安全不是說出來的 是算出來的!
近年來多起電動汽車著火事件的曝光,使得人們對電動汽車尤其是是鋰離子電池的安全性問題越來越關(guān)注。當(dāng)然這不是說電動汽車的安全性就很差,普通汽油車也容易發(fā)生起火事件,特別是夏天,只要留心就會發(fā)現(xiàn)汽油車的自燃事件發(fā)生也不在少數(shù),但是我們也希望能從鋰離子電池安全設(shè)計上防止類似的事故發(fā)生,畢竟人的安全是大于一切的,就如同那句話說的"人是萬物的尺度"。
目前我們對鋰離子電池安全性的評判還停留在一個較為初級的階段,判斷標(biāo)準(zhǔn)比較模糊,只能判斷電池危險程度的幾個明顯的點,但實際上鋰離子電池從完全安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變到完全危險的狀態(tài)是一個持續(xù)變化的曲線,也就是說現(xiàn)在的評判體系無法判斷兩個狀態(tài)之間的電池安全狀態(tài),這就形成了一個電池安全狀態(tài)的盲區(qū),因此對鋰離子電池的安全性評判函數(shù)化、數(shù)字化就顯得尤為重要,特別是關(guān)于動力鋰電池在電動汽車上的應(yīng)用有著重要的意義。
目前針對鋰離子電池安全性常用的標(biāo)準(zhǔn)為歐洲汽車研究發(fā)展理事會制定的危害等級分類。該危險級別分類表將電池風(fēng)險等級共分為0-7八個級別,級別越高電池越危險。
例如6級表明電池發(fā)生起火但未發(fā)生爆炸,而最高的7級表明電池不僅發(fā)生了起火,還發(fā)生了危險的爆炸。為了保證操作人員的安全,要將危險級別控制在4以內(nèi),也就是說電池不發(fā)生破裂、起火和爆炸。
首先我們要樹立一個概念,安全性和濫用是相對立的,新增濫用強度,則必然降低電池系統(tǒng)的安全性。目前大多數(shù)針對鋰離子電池安全性描述,都是基于相關(guān)經(jīng)驗的總結(jié),缺乏數(shù)字性質(zhì)的準(zhǔn)確描述。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
為了將電池風(fēng)險數(shù)字化,Ashtiani發(fā)明的風(fēng)險模式和風(fēng)險分析(HMRMA)模型,該模型重要由兩個中要參數(shù)組成風(fēng)險嚴(yán)重程度Hs和風(fēng)險概率HL。
其中Hs值為0-7代表風(fēng)險的嚴(yán)重程度,HL值為1-10表示風(fēng)險發(fā)生的可能性,代表每100萬件樣品中發(fā)生風(fēng)險的數(shù)量。為了降低風(fēng)險HR的值,可以選擇降低Hs或者HL,或者我們也可以引入一個新的變量風(fēng)險控制Hc,因此上式就可以轉(zhuǎn)變?yōu)?,其中Hc的值的范圍為0-1,完全不控制Hc為1,完全控制則Hc為0。
電池的風(fēng)險隨著電池的使用狀態(tài)是在不斷的發(fā)生變化的,為了體現(xiàn)這種變化,Lu等基于電池電壓和使用溫度探討了電池使用安全性問題,并引入了功能狀態(tài)函數(shù)SOF,該函數(shù)重要有電池充電狀態(tài)SOC和電池安全狀態(tài)SOH,以及電池的輸出功率有關(guān)。
其中p(t)為電池輸出的瞬時功率,pd為瞬時需求功率,pmax為電池全新狀態(tài)時最大輸出功率。其中
p(t)=pmax·SOC(t)·SOH(t)
其中SOH(t)可以根據(jù)電壓的值來確定,如下式所示,其中V(t)為瞬時輸出電壓,Vd為負載最小需求電壓,Vlim為電池全新狀態(tài)時搭載負載最小出輸出電壓。
該系統(tǒng)能在鉛酸電池上良好運行重要依賴于鉛酸電池SOC和電壓之間良好的線性關(guān)系,但是關(guān)于鋰離子電池SOC和電壓之間并不是完全的線性關(guān)系,因此要做適當(dāng)?shù)男拚?/p>
本文上篇的內(nèi)容重要介紹了一些目前學(xué)者們針對鋰離子電池安全性模型的研究成果,下片將結(jié)合18650電池的安全實驗數(shù)據(jù),介紹推導(dǎo)和使用電池安全性模型方法。