智能電動(dòng)汽車(chē)安全技術(shù) 課件 第四章 智能電動(dòng)汽車(chē)電氣安全系統(tǒng)

智能電動(dòng)汽車(chē)電氣安全系統(tǒng)

電池組熱管理系統(tǒng)一智能電動(dòng)汽車(chē)電氣安全系統(tǒng)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)快速發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)售量逐年上升。與傳統(tǒng)燃油車(chē)不同的是，其以能量密度的鋰離子電池包和高壓電機(jī)來(lái)代替內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有更高的環(huán)保性，更好的加速響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)。但也面臨著傳統(tǒng)燃油車(chē)所沒(méi)有的電氣安全和熱安全問(wèn)題。電動(dòng)汽車(chē)中裝有電池包、高壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等大量電氣系統(tǒng)及電氣元件，所具有的電壓遠(yuǎn)高于人體所能承受的安全電壓(60V直流)。若沒(méi)有合理的高壓保護(hù)系統(tǒng)，可能帶來(lái)整車(chē)帶電、人員遭受電擊等安全隱患。目前電動(dòng)汽車(chē)所采用的高能量密度鋰離子電池，在不適合的工作溫度下進(jìn)行大功率充放電，可能會(huì)導(dǎo)致電池系統(tǒng)出現(xiàn)熱失控、內(nèi)部短路等現(xiàn)象，進(jìn)而引起起火、爆炸等安全事故，存在著較大的電氣安全隱患。1.概述電池組熱管理系統(tǒng)鋰離子電池的最佳工作溫度范圍為15～35℃。合適的工作環(huán)境時(shí)保證鋰離子電池安全、高效運(yùn)行的關(guān)鍵。過(guò)低或過(guò)高的溫度都會(huì)影響電池的充放電效率和壽命。已有研究表明，在55℃放電500次后，鋰離子電池的容量衰退了近70%。1.溫度對(duì)電池充、放電性能和壽命的影響-20℃對(duì)電池充放電效率的影響高溫下電池的循環(huán)壽命電池組熱管理系統(tǒng)2.高溫對(duì)電池安全性的影響當(dāng)工作環(huán)境溫度過(guò)高時(shí)，鋰離子電池的反應(yīng)活性增強(qiáng)，電池內(nèi)部可能發(fā)生副反應(yīng)，容易發(fā)生熱失控，進(jìn)而導(dǎo)致電池起火爆炸，并產(chǎn)生有毒氣體；且鋰離子電池包的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高溫環(huán)境下存在發(fā)生外部短路的風(fēng)險(xiǎn)。以采用LiPF6作為電解質(zhì)的電池為例：90～100℃：鋰鹽LiPF6開(kāi)始分解；～150℃：電解質(zhì)大量分解，生成PF5,PF5進(jìn)一步催化有機(jī)溶劑發(fā)生分解反應(yīng)等；>200℃：正極材料分解，釋放出大量熱和氣體，持續(xù)升溫250～350℃：嵌鋰態(tài)負(fù)極開(kāi)始與電解液發(fā)生反應(yīng)，釋放出大量的熱，產(chǎn)生高溫和大量氣體，電池發(fā)生燃燒爆炸。鋰離子電池?zé)崾Э剡^(guò)程電池組熱管理系統(tǒng)3.低溫對(duì)電池安全性的影響常溫充電過(guò)程中負(fù)極嵌鋰過(guò)程低溫充電過(guò)程中負(fù)極嵌鋰過(guò)程當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，鋰電池的活性較差，電池負(fù)極石墨的嵌入能力降低，如果以較大的電流進(jìn)行充電，可能導(dǎo)致熱失控的問(wèn)題，并且負(fù)極表面容易析鋰產(chǎn)生枝晶，造成電池容量衰退，甚至刺穿隔膜造成內(nèi)部短路。電池組熱管理系統(tǒng)定義：電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)是對(duì)電池組進(jìn)行溫度監(jiān)控和調(diào)節(jié)的系統(tǒng)，旨在確保電池組在最佳溫度范圍內(nèi)工作。作用：電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)通過(guò)控制電池組內(nèi)的溫度分布，防止電池過(guò)熱或過(guò)冷，從而提高電池的安全性、性能和壽命。功能：包括準(zhǔn)確測(cè)量并調(diào)控電池溫度、保證電池組的溫度一致性、當(dāng)電池包內(nèi)產(chǎn)生有害氣體時(shí)及時(shí)通風(fēng)等。4.電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)定義及功能散熱系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、便于維護(hù)、產(chǎn)生有害氣體后能及時(shí)通風(fēng)、對(duì)系統(tǒng)密封要求低。缺點(diǎn)散熱效率較低，可能無(wú)法滿足高功率、大容量電池系統(tǒng)的散熱需求；電池溫度一致性較差。工作原理以空氣作為導(dǎo)熱介質(zhì)，通過(guò)在電池箱中設(shè)置特定的流道，利用空氣在電池箱中的流動(dòng)來(lái)與電池進(jìn)行對(duì)流換熱并帶走電池所產(chǎn)生的熱量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的降溫。1.空氣冷卻空氣冷卻的原理及優(yōu)缺點(diǎn)空氣冷卻根據(jù)對(duì)流方式的不同可分為自然冷卻和強(qiáng)制風(fēng)冷兩種。由于空氣的熱容和導(dǎo)熱系數(shù)較低，且自然對(duì)流的流動(dòng)強(qiáng)度也比較弱，因此自然冷卻系統(tǒng)的冷卻效率較低，溫度一致性較差，但當(dāng)電池組附近無(wú)外部熱源時(shí)，可將電芯之間的溫差控制在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。此外自然冷卻系統(tǒng)還對(duì)環(huán)境有較強(qiáng)的依賴(lài)性。但該冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本較低，并且方便后期進(jìn)行維護(hù)。自然風(fēng)冷原理自然冷卻：通過(guò)空氣與電池組等發(fā)熱元件之間的自然對(duì)流來(lái)進(jìn)行換熱。散熱系統(tǒng)1.空氣冷卻空氣冷卻的兩種方案——自然冷卻強(qiáng)制風(fēng)冷——利用風(fēng)扇來(lái)提高電池箱中冷卻空氣的流速，使空氣與電池發(fā)生強(qiáng)制對(duì)流換熱，從而將電池產(chǎn)生的熱量導(dǎo)出并散入大氣中。與自然冷卻相比，強(qiáng)制風(fēng)冷的散熱效率和溫度一致性要優(yōu)于自然冷卻，但是其冷卻效率還是無(wú)法滿足現(xiàn)階段高能量密度鋰離子電池的散熱要求。強(qiáng)制風(fēng)冷原理散熱系統(tǒng)1.空氣冷卻空氣冷卻的兩種方案——強(qiáng)制冷卻NisssanLeaf電池包應(yīng)用在早期的較小功率電動(dòng)汽車(chē)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，如日產(chǎn)聆風(fēng)(NisssanLeaf)、起亞SoulEV以及比亞迪早期采用磷酸鐵鋰電池的車(chē)型。存在的問(wèn)題散熱效率低，溫度一致性較差。長(zhǎng)期處于這種工作環(huán)境會(huì)使電池組內(nèi)不同電芯或模塊的溫度不一致，加劇電池內(nèi)阻和熱量的不一致性，影響電池的使用壽命與性能，甚至造成安全隱患。改進(jìn)措施合理設(shè)計(jì)空氣流道增加進(jìn)風(fēng)量；合理設(shè)計(jì)空氣進(jìn)出口通道的幾何形狀；增大電池與空氣的接觸面積；設(shè)置擾流板等。散熱系統(tǒng)1.空氣冷卻風(fēng)冷系統(tǒng)存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施電芯或模組之間的溫度差異與電池的布置形式和氣體在電池包中的流動(dòng)方式有很大的關(guān)系。位于電池包邊緣的電池散熱條件要優(yōu)于位于中部的電池；位于散熱系統(tǒng)前部的電池散熱效果要優(yōu)于位于后部的電池。通過(guò)合理排列電池的位置可以提高電池的溫度一致性?。?duì)于圓柱電池而言，叉排的散熱效果和溫度一致性要優(yōu)于順排。方形電池橫向放置優(yōu)于縱向放置，梯形排列優(yōu)于矩形排列，即沿氣流方向收縮氣道，可以提高下游氣流的散熱能力，提高電池組內(nèi)的溫度一致性。矩形順排矩形叉排梯形排列散熱系統(tǒng)1.空氣冷卻電池排布形式對(duì)電池溫度一致性的影響設(shè)計(jì)合理的風(fēng)道也能改善電池的散熱均勻性，同時(shí)還可以降低空氣在電池包中的流動(dòng)阻力。根據(jù)空氣的流動(dòng)形式，空冷系統(tǒng)的風(fēng)道可分為串行式和并行式兩種?？諝鈴淖髠?cè)進(jìn)入，右側(cè)流出，在流動(dòng)過(guò)程中，空氣被不斷加熱，位于左側(cè)的電池的散熱效果比右側(cè)的電池要好，電池溫度可能出現(xiàn)右側(cè)高于左側(cè)的問(wèn)題?？諝鈴淖笙陆橇魅?，從右上角流出，通過(guò)楔形的排氣口設(shè)計(jì)，使得空氣平行通過(guò)各電芯，有助于空氣在各電芯之間均勻分布，改善電池的溫度一致性。由于空氣在流動(dòng)過(guò)程中不斷被加熱，可能導(dǎo)致上部電芯的溫度高于位于下部電芯、右邊電芯的溫度高于左側(cè)電芯。散熱系統(tǒng)1.空氣冷卻風(fēng)道對(duì)電池溫度一致性的影響無(wú)論串行式風(fēng)道還是并行式風(fēng)道，隨著電池模塊、電池組尺寸和電池能量密度的增大，都容易造成電芯之間的溫差過(guò)大，而通過(guò)改變進(jìn)、出風(fēng)口的位置，可降低不同電芯之間的溫差，提高電芯溫度的一致性。循環(huán)通風(fēng)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向閥門(mén)冷空氣轉(zhuǎn)向閥門(mén)熱空氣電芯循環(huán)式通風(fēng)結(jié)構(gòu)通過(guò)采用周期性調(diào)換進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口位置對(duì)電池進(jìn)行冷卻的散熱方式，通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，空氣間歇式地從電池左側(cè)或右側(cè)經(jīng)過(guò)。利用這種通風(fēng)形式有助于避免出現(xiàn)左側(cè)或右側(cè)溫度局部過(guò)高的現(xiàn)象。散熱系統(tǒng)1.空氣冷卻循環(huán)式通風(fēng)結(jié)構(gòu)使電池模塊與冷卻液直接或間接接觸，通過(guò)冷卻液的不斷循環(huán)來(lái)帶走電池所產(chǎn)生的熱量，以降低電池組的溫度。工作原理?yè)Q熱系數(shù)高、冷卻快，對(duì)于環(huán)境的依賴(lài)性較弱，是目前主流的動(dòng)力電池冷卻方式。優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)復(fù)雜，需要額外的泵、散熱器、冷卻液等部件，增加了成本和重量且后續(xù)維護(hù)也比較麻煩。缺點(diǎn)散熱系統(tǒng)2.液體冷卻液體冷卻的原理及優(yōu)缺點(diǎn)液冷板冷卻液管道電池模組液體介質(zhì)在泵的輸送下流過(guò)電池與其進(jìn)行換熱溫度升高，隨后流入換熱器與外界空氣進(jìn)行熱量交換溫度降低，再次流過(guò)電池實(shí)現(xiàn)不斷循環(huán)。散熱系統(tǒng)2.液體冷卻液體冷卻的原理及優(yōu)缺點(diǎn)根據(jù)冷卻液與電池的接觸方式不同，液冷系統(tǒng)可分為直接接觸式和間接接觸式兩種電池箱冷卻液電芯直接接觸式電池箱進(jìn)口液體通道出口液體通道液冷板直接接觸式液冷系統(tǒng)是將電池直接浸入冷卻液，使電池組與冷卻液直接接觸，這種接觸方式能很好地保證電池溫度的一致性，但對(duì)電池包的密封性提出了較高的要求。常用冷卻液：硅基油、礦物油、蓖麻油等。間接接觸式液冷系統(tǒng)則是圍繞電池布置夾套或液冷板，使冷卻液不斷流過(guò)電池表面來(lái)與電池進(jìn)行換熱。由于間接接觸式液冷系統(tǒng)中冷卻液不與電池直接接觸，故對(duì)冷卻液沒(méi)有絕緣性要求，但為了避免冷卻液泄漏或短路，要求管道具有良好的密封性。常用冷卻液：乙二醇、水等。散熱系統(tǒng)2.液體冷卻兩種液體冷卻方案間接接觸式相比于風(fēng)冷系統(tǒng)，液冷系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的依賴(lài)性較小。但其冷卻效果受到如：冷卻液流速、冷卻液溫度、冷卻液性質(zhì)以及冷板結(jié)構(gòu)等諸多內(nèi)部因素的影響。較高的冷卻液流速可以增強(qiáng)冷卻液與電池之間的對(duì)流換熱提高散熱能力。但隨著流速的繼續(xù)增大，冷卻液與電池組出現(xiàn)熱平衡，此時(shí)即使繼續(xù)增大冷卻液流速也不能達(dá)到更顯著的散熱效果，反而會(huì)增大水泵的負(fù)荷冷卻液的傳熱系數(shù)、比熱容越大，意味著更高的散熱效率；除了熱物理性質(zhì)之外，冷卻液的其他物理性質(zhì)也會(huì)影響散熱效果，如黏滯性。若所選冷卻液黏滯性過(guò)大，會(huì)影響其在電池箱中的流動(dòng)速度而導(dǎo)致散熱效果下降。相同條件下，冷卻液溫度越高，在流動(dòng)過(guò)程中能吸收的熱量越少，冷卻效果也越差。而冷卻液溫度越低，在一次循環(huán)流動(dòng)過(guò)程中能夠帶走更多的熱量，達(dá)到更好的散熱效果。冷卻液流速冷卻液溫度冷卻液性質(zhì)冷板結(jié)構(gòu)冷卻板上的流道設(shè)計(jì)對(duì)保證散熱效果和溫度一致性十分重要。蛇形流道的冷板在散熱效果和溫度一致性方面要優(yōu)于平行流道式的冷板，但由于冷卻液在流動(dòng)的過(guò)程中溫度升高，仍然可能導(dǎo)致電池溫度不均勻的問(wèn)題。而螺旋式流道的溫度一致性較平行流道和蛇形流道結(jié)構(gòu)的冷板要更好。散熱系統(tǒng)2.液體冷卻液冷效果的影響因素利用相變材料能夠在特定溫度下發(fā)生相變，同時(shí)吸收或釋放大量熱量，且保持溫度幾乎不變的特性來(lái)吸收動(dòng)力電池所產(chǎn)生的熱量工作原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、成本較低、不需要消耗額外的能量?jī)?yōu)點(diǎn)部分相變材料導(dǎo)熱系數(shù)較低、溫度較低時(shí)相變材料的熱穩(wěn)定性相對(duì)較差且相變材料冷卻只能實(shí)現(xiàn)單次循環(huán)（即當(dāng)相變材料全部由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，不能很快地重新變回固態(tài)再次吸收熱量）等問(wèn)題，因此電池組必須攜帶足夠的相變材料。此外，相變后體積變化對(duì)于電池系統(tǒng)空間設(shè)計(jì)和密封提出了要求。缺點(diǎn)相變材料冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相變材料電芯（電池組直接浸入到相變材料中或者采用夾套式結(jié)構(gòu)，在電芯外部套一層相變材料，形成一個(gè)稍大的“電芯”再放入電池組中）散熱系統(tǒng)3.相變材料(PCM)冷卻相變材料冷卻的原理及優(yōu)缺點(diǎn)由于相變材料冷卻技術(shù)只依靠自身的融化潛熱來(lái)吸收熱量，所以相變材料的熱物理性質(zhì)直接決定了相變材料散熱系統(tǒng)的效果。用于電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的相變材料應(yīng)該具有如下特點(diǎn)：01合適的相變溫度所選擇的相變材料必須具有合適的相變溫度，該溫度通常應(yīng)高于環(huán)境溫度，低于電池組熱管理的最高溫度。02安全穩(wěn)定選擇化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒無(wú)害、不易燃易爆的相變材料，保證工作過(guò)程中的安全性。03高散熱性能具有較大的相變潛熱、導(dǎo)熱系數(shù)以及比熱容來(lái)保證冷卻效率和電池的溫度一致性，在相變過(guò)程中體積變化小，過(guò)冷度小或沒(méi)有過(guò)冷現(xiàn)象。04低成本盡量選擇儲(chǔ)量大、價(jià)格低的相變材料以節(jié)約成本。散熱系統(tǒng)3.相變材料(PCM)冷卻相變材料冷卻的原理及優(yōu)缺點(diǎn)不同相變材料導(dǎo)熱系數(shù)下電池最高溫度當(dāng)PCM的用量限定后，PCM的熱導(dǎo)率并不是越高越好。因此，合理的設(shè)計(jì)PCM導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)于PCM散熱系統(tǒng)而言十分重要。隨著PCM導(dǎo)熱系數(shù)的提高，電池的最高溫度呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)镻CM導(dǎo)熱系數(shù)越大，熱量能夠及時(shí)地從PCM與電池的接觸端傳遞至與外界環(huán)境的接觸端，避免了與電池接觸端的PCM熔化后由于導(dǎo)熱系數(shù)低而導(dǎo)致電池?zé)崃肯蛲鈧鬟f熱阻的增加。但當(dāng)PCM的熱導(dǎo)率增加到一定數(shù)值后，電池最高溫度的下降趨勢(shì)較平緩(1.5～3.0W·m-1·K-1).散熱系統(tǒng)3.相變材料(PCM)冷卻PCM導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)冷卻效果的影響123利用熱管內(nèi)的工質(zhì)相變進(jìn)行快速傳熱，將電池產(chǎn)生的熱量迅速傳遞到熱管的一端，再通過(guò)散熱片將熱量散發(fā)到空氣中。工作原理導(dǎo)熱系數(shù)高、等溫性能好、熱流密度可變和熱流方向可逆、良好的環(huán)境適應(yīng)性?xún)?yōu)點(diǎn)成本較高，需要專(zhuān)業(yè)的熱管制造技術(shù)；對(duì)于大型電池系統(tǒng)，可能需要多個(gè)熱管并聯(lián)使用。缺點(diǎn)熱管冷卻原理散熱系統(tǒng)4.熱管冷卻熱管冷卻的原理及優(yōu)缺點(diǎn)膨脹閥冷凝器蒸發(fā)器直冷板空調(diào)壓縮機(jī)直冷系統(tǒng)工作原理圖通過(guò)制冷劑的相變傳熱來(lái)吸收和導(dǎo)出電池所產(chǎn)生的熱量，隨后通過(guò)車(chē)載空調(diào)系統(tǒng)將熱量散至外界。工作原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)質(zhì)量輕、安全性高、散熱效率高、溫度一致性好。優(yōu)點(diǎn)成本相對(duì)其他冷卻系統(tǒng)而言更高、控制策略較為復(fù)雜。缺點(diǎn)散熱系統(tǒng)5.制冷劑直接冷卻技術(shù)制冷劑直接冷卻的原理及優(yōu)缺點(diǎn)制冷劑作為直冷系統(tǒng)中的導(dǎo)熱媒介，是系統(tǒng)的核心組成部分之一，其性質(zhì)將直接影響直冷系統(tǒng)的冷卻效果、安全性、電池的最高溫度以及溫度一致性等因素，因此選擇高效、匹配的制冷劑對(duì)直冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)十分重要。通常希望用于冷卻的制冷劑具有如下特點(diǎn)：低沸點(diǎn)；高蒸發(fā)潛熱；高臨界溫度；適宜的臨界壓力；無(wú)毒無(wú)害；符合環(huán)保要求；不易燃易爆；無(wú)腐蝕性與潤(rùn)滑油不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等。單質(zhì)制冷劑混合制冷劑混合制冷劑是指基于單一制冷劑的多重制冷劑混合產(chǎn)品，是多種制冷劑的共沸混合(定壓下蒸發(fā)或冷凝時(shí)，相變溫度恒定不變，氣液相組分相同)或非共沸混合(定壓下蒸發(fā)或冷凝時(shí)，相變溫度改變，氣液相組分不同)。目前實(shí)車(chē)直冷系統(tǒng)所選用的單質(zhì)制冷劑主要包括：氟利昂、氫氟烯烴(HFO)、碳?xì)浠衔?HC)、無(wú)機(jī)制冷劑(如二氧化碳、氨)等。其中，氟利昂主要分為氟氯烴(CFC)、氫氟氯烴(HCFC)、氫氟烴(HFC)等。散熱系統(tǒng)5.制冷劑直接冷卻技術(shù)制冷劑要求及常用制冷劑加熱系統(tǒng)外部加熱法是將加熱功率從外部熱源傳輸?shù)戒囯x子電池，通常采用電阻絲并通過(guò)空氣、液體等介質(zhì)對(duì)電池進(jìn)行外部加熱，利用加熱板、加熱薄膜等加熱元件直接與鋰離子電池表面連接進(jìn)行加熱，以及通過(guò)相變材料的相變潛熱來(lái)進(jìn)行電池預(yù)熱。內(nèi)部加熱內(nèi)部加熱法是利用低溫條件下電池內(nèi)阻較大的特點(diǎn)，通過(guò)外部電源或電池自身能量來(lái)在電池內(nèi)部產(chǎn)生大量熱量，從內(nèi)部直接對(duì)電池進(jìn)行加熱。外部加熱1.常用電池加熱方法主要的外部加熱方法包括：空氣加熱、液體加熱、相變材料加熱、熱管加熱和電熱元件加熱等。其中空氣加熱等4種電池加熱技術(shù)的基本原理與其冷卻技術(shù)相同，均可在其相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)上集成熱源裝置來(lái)組成動(dòng)力電池的熱管理系統(tǒng)。液體加熱原理加熱系統(tǒng)2.外部加熱法常用外部加熱方法及其原理電熱元件預(yù)熱是將加熱元件布置在電池組的表面(底面、頂面或側(cè)面)，通電后直接對(duì)電池進(jìn)行加熱。與空氣加熱、液體加熱等不同的是，電熱元件加熱需要設(shè)置一套獨(dú)立于冷卻系統(tǒng)之外的加熱裝置。目前，主要的加熱元件主要有珀耳帖效應(yīng)元件、電加熱板(PCT)以及加熱薄膜三種。珀耳帖效應(yīng)元件電加熱板加熱薄膜加熱系統(tǒng)2.外部加熱法電熱元件加熱的類(lèi)型傳熱板傳熱板銅箔A型導(dǎo)體B型導(dǎo)體珀耳帖效應(yīng)元件加熱原理加熱原理特點(diǎn)具有不同性質(zhì)的導(dǎo)體A、B依次相連，當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)體A、B的連接面時(shí)，會(huì)在連接面分別產(chǎn)生高溫區(qū)和低溫區(qū)，而從外界吸收熱量或向外界釋放熱量(珀耳帖效應(yīng))。珀耳帖效應(yīng)元件加熱法正是利用這一特性來(lái)對(duì)電池進(jìn)行加熱或冷卻。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；能耗低，溫度控制精度高，通過(guò)改變電流大小可以實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱或冷卻強(qiáng)度的精確控制等。加熱系統(tǒng)2.外部加熱法電熱元件加熱——珀耳帖效應(yīng)元件加熱原理特點(diǎn)在電芯的較大表面上布置PTC電熱板來(lái)對(duì)電芯，并通過(guò)引出導(dǎo)線接入加熱高壓回路。接通電流后，PTC內(nèi)部的正溫度系數(shù)產(chǎn)生熱量，通過(guò)導(dǎo)熱金屬板傳遞至電池表面。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；加熱時(shí)間長(zhǎng)；溫度分布不均勻；布置方便，但由于電熱板體積較大，會(huì)對(duì)電池組的整體布置產(chǎn)生影響；在加熱過(guò)程中保持恒定的溫度，有助于避免過(guò)熱并確保電池運(yùn)行安全。PTC材料通電后溫升曲線加熱系統(tǒng)2.外部加熱法電熱元件加熱——電熱板加熱原理特點(diǎn)電熱薄膜一般由電阻絲(鎳鎘合金、鐵鉻合金、銅絲d等)、絕緣包覆層、引出導(dǎo)線和插接件組成。安裝在每個(gè)電池的最大表面上，隨后與電源并聯(lián)起來(lái)，當(dāng)電流流過(guò)電阻絲時(shí)，電阻絲產(chǎn)生焦耳熱對(duì)電池進(jìn)行加熱。與PTC相比，電熱薄膜具有如下特點(diǎn)：厚度小，對(duì)電池組的布局幾乎沒(méi)有影響；溫升速率高；能耗低；溫度一致性好；溫度的實(shí)時(shí)控制受到電熱薄膜形狀的限制。電熱薄膜電芯電熱薄膜加熱原理電熱薄膜安裝實(shí)物加熱系統(tǒng)2.外部加熱法電熱元件加熱——電熱薄膜模組單側(cè)安裝模組雙側(cè)安裝模組底部安裝電芯間隙安裝對(duì)于電熱薄膜加熱系統(tǒng)而言，安裝位置是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，常見(jiàn)的安裝位置有模組側(cè)邊、模組底部和電池間隙三種方式。而對(duì)于模組側(cè)邊安裝的方式又可分為單側(cè)安裝和雙側(cè)安裝兩種安裝形式。在相同的能耗條件下，安裝在面積較大的側(cè)面的加熱效果要比安裝在電池底部或頂端更好，具體表現(xiàn)為使電池系統(tǒng)具有更快的溫升速度和更好的溫度均勻性。加熱系統(tǒng)2.外部加熱法安裝形式對(duì)電熱薄膜加熱效果的影響除電熱薄膜安裝位置外，加熱功率也是其一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)。加熱功率對(duì)于電池模塊的溫升速率和比能耗存在一定影響。不同加熱功率的溫升速率和比能耗加熱功率/W1020304050加熱時(shí)間/s56502820176013101040溫升速率/(℃/h)9.5619.1530.6841.2251.92比能耗/(W·h/(Kg·攝氏度))0.5130.5120.4790.4760.472從表中可看出，使電池達(dá)到相同的平均溫度所需的加熱時(shí)間隨著加熱功率的提高迅速減少，其溫升速率也由10W下的9.56℃增長(zhǎng)到50W下的51.92℃。但是由于低功率下加熱時(shí)間延長(zhǎng)，耗散到環(huán)境中的熱量較多，因此低功率加熱能耗較高。但是電池箱內(nèi)部氣體流動(dòng)緩慢，電池與空氣的換熱為自然對(duì)流，熱量耗散較慢，因此雖然10W加熱時(shí)間是50W加熱時(shí)間的5倍，但其比能耗僅提高了8.6%。因此，動(dòng)力電池的預(yù)加熱應(yīng)考慮變功率加熱。加熱系統(tǒng)2.外部加熱法加熱功率對(duì)電熱薄膜加熱效果的影響電池自加熱技術(shù)是通過(guò)在電池內(nèi)部安裝加熱元件來(lái)從內(nèi)部對(duì)電解液與電極進(jìn)行加熱。目前，寧德時(shí)代公司開(kāi)發(fā)的自加熱電池，可實(shí)現(xiàn)6℃/min的溫升速率，電池溫度從-30℃升至0℃僅需5min。自加熱電池結(jié)構(gòu)通過(guò)在電池內(nèi)插入具有一定阻值的鎳鉻片來(lái)作為加熱元件。鎳鉻片有兩個(gè)端子：一個(gè)伸出至電池外端通過(guò)開(kāi)關(guān)與電池正極相連稱(chēng)為激活端口；另一個(gè)端子則在電池內(nèi)部與電池的陰極相連。當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，激活端口與正極之間的開(kāi)關(guān)閉合，電流流過(guò)鎳鉻片產(chǎn)生焦耳熱來(lái)對(duì)電池進(jìn)行加熱。但是自加熱電池由于在內(nèi)部增加了加熱元件，改變了電池的原有結(jié)構(gòu)，因此存在一定的安全隱患，并且成本較高；另外，自加熱電池在加熱過(guò)程中可能會(huì)造成很大的溫差，不利于電池的健康。加熱系統(tǒng)3.內(nèi)部加熱法電池自加熱電流勵(lì)磁加熱是通過(guò)電池充/放電時(shí)內(nèi)部阻抗會(huì)產(chǎn)生焦耳熱的特性來(lái)對(duì)電池進(jìn)行加熱。根據(jù)電流性質(zhì)的不同，可分為直流加熱、交流加熱、脈沖加熱和混合加熱。類(lèi)型加熱原理特點(diǎn)直流加熱利用鋰離子電池自身放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量的特性來(lái)加熱電池在加熱過(guò)程中會(huì)消耗電池較多的電量，容易出現(xiàn)鋰離子沉積的現(xiàn)象交電加熱將直流電通過(guò)某些電氣元件轉(zhuǎn)換為交流電，以此來(lái)對(duì)電池進(jìn)行加熱加熱速度快、加熱效率高、溫度一致性好、對(duì)電池壽命影響較小脈沖加熱將直流電通過(guò)某些外接電路模塊轉(zhuǎn)化為脈沖電流，隨后利用放電過(guò)程中內(nèi)部阻抗產(chǎn)生的焦耳熱來(lái)加熱電池具有比較高的加熱效率和溫度一致性，并且可以降低電池極化，不會(huì)產(chǎn)生明顯的電池容量衰減。但是該加熱方法對(duì)控制系統(tǒng)的要求極高，控制電路十分復(fù)雜。混合加熱通過(guò)外接轉(zhuǎn)換電路將直流電轉(zhuǎn)換成不同類(lèi)型的電流后進(jìn)行疊加，再使其流過(guò)電池，通過(guò)內(nèi)部阻抗所產(chǎn)生的焦耳熱來(lái)從內(nèi)部對(duì)電池進(jìn)行加熱具有較高的加熱效率，能夠快速地對(duì)電池進(jìn)行加熱，且對(duì)電池的壽命影響較小，同時(shí)電池的端電壓不會(huì)超過(guò)截止電壓。但由于電流的復(fù)雜性，混合電流加熱的控制系統(tǒng)也極其復(fù)雜。加熱系統(tǒng)3.內(nèi)部加熱法電流勵(lì)磁加熱實(shí)事求是敢為人先汽車(chē)高壓安全保護(hù)系統(tǒng)二技術(shù)升級(jí)新材料應(yīng)用智能化保護(hù)電動(dòng)汽車(chē)高壓安全保護(hù)系統(tǒng)1.電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)的組成動(dòng)力電池組電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)的重要組成部分，由多個(gè)電池模塊或大量電芯組成，是整車(chē)的能源核心，為車(chē)輛提供動(dòng)力。電機(jī)控制器和高壓控制盒電機(jī)控制器連接電池組和電機(jī)，控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止和方向；高壓控制盒用于分配整車(chē)高壓電能，并防止出現(xiàn)過(guò)電流、過(guò)電壓或過(guò)溫現(xiàn)象車(chē)載充電機(jī)為電動(dòng)汽車(chē)提供充電功能，實(shí)現(xiàn)快速充電。技術(shù)升級(jí)智能化保護(hù)電動(dòng)汽車(chē)高壓安全保護(hù)系統(tǒng)2.電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)的特點(diǎn)高效率高電壓電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)采用高電壓，以提供足夠的動(dòng)力和能量，提高車(chē)輛性能和續(xù)航里程。電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)采用先進(jìn)的電力電子技術(shù)和控制策略，實(shí)現(xiàn)高效率的能量轉(zhuǎn)換和利用。高安全性電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了安全性和可靠性，采用多重保護(hù)措施，確保人員安全。技術(shù)升級(jí)智能化保護(hù)電動(dòng)汽車(chē)高壓安全保護(hù)系統(tǒng)3.電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)的功能高壓系統(tǒng)的功能包括儲(chǔ)存能量、提供動(dòng)力、控制能量流向等，以確保電動(dòng)汽車(chē)的正常運(yùn)行和安全。電動(dòng)汽車(chē)的高壓系統(tǒng)包括電池組、電機(jī)控制器、車(chē)載充電機(jī)等部件，用于提供車(chē)輛運(yùn)行所需的動(dòng)力。高壓系統(tǒng)概述高壓系統(tǒng)的功能高壓系統(tǒng)具有高電壓、大電流的特點(diǎn)，需要采取相應(yīng)的安全措施來(lái)保護(hù)人員和設(shè)備的安全。高壓系統(tǒng)的特點(diǎn)技術(shù)升級(jí)智能化保護(hù)電動(dòng)汽車(chē)高壓安全保護(hù)系統(tǒng)高壓系統(tǒng)具有高電壓、大電流的特點(diǎn)，需要采取相應(yīng)的安全措施來(lái)保護(hù)人員和設(shè)備的安全。4.高壓系統(tǒng)故障帶來(lái)的危害電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)故障可能導(dǎo)致觸電、火災(zāi)等事故，觸電對(duì)人類(lèi)造成的傷害則有痙攣、窒息、電灼傷、皮膚金屬化等。人員傷亡高壓系統(tǒng)故障可能導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)損壞，造成重大財(cái)產(chǎn)損失。財(cái)產(chǎn)損失電動(dòng)汽車(chē)高壓系統(tǒng)故障可能對(duì)環(huán)境造成危害和污染，如電池電解液泄漏等。環(huán)境影響技術(shù)升級(jí)智能化保護(hù)電動(dòng)汽車(chē)高壓絕緣保護(hù)1.單點(diǎn)失效防護(hù)方法電位均衡電位均衡是指將電氣設(shè)備中外露的可導(dǎo)電部分連接到電平臺(tái)以保持各部分電位均衡。電容耦合B級(jí)電壓電位和電平臺(tái)之間的電容耦合通常由Y電容器或寄生電容耦合產(chǎn)生，用來(lái)實(shí)現(xiàn)電磁兼容。斷電除上述兩種防護(hù)方式外，還可以通過(guò)直接切斷電路來(lái)避免單點(diǎn)失效情況下發(fā)生觸電事故。技術(shù)升級(jí)智能化保護(hù)2.絕緣防護(hù)性能測(cè)試測(cè)量絕緣電阻絕緣電阻的要求為在最高工作電壓下，直流電路絕緣電阻不低于100Ω/V，交流電路應(yīng)不低于500Ω/V。耐電壓性試驗(yàn)?zāi)碗妷盒栽囼?yàn)應(yīng)包括遮欄/外殼，耐電壓性要求為耐電壓性試驗(yàn)中，不發(fā)生介質(zhì)擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象。電位均衡連續(xù)性試驗(yàn)試驗(yàn)測(cè)試的導(dǎo)電部分應(yīng)分別包括B級(jí)電壓組件的外殼，測(cè)試應(yīng)測(cè)量任何距離達(dá)到2.5m的兩個(gè)外露導(dǎo)電部分之間的電壓。電動(dòng)汽車(chē)高壓絕緣保護(hù)技術(shù)升級(jí)智能化保護(hù)3.絕緣防護(hù)模擬測(cè)試模擬清洗試驗(yàn)該試驗(yàn)?zāi)M的是電動(dòng)汽車(chē)正常清洗的情況，不包括使用高壓水槍沖洗和車(chē)身底部的特殊清洗。模擬涉水試驗(yàn)該試驗(yàn)?zāi)M的是電動(dòng)汽車(chē)經(jīng)過(guò)發(fā)大水的街道或水洼的情況。模擬浸水GB38032-2020《電動(dòng)客車(chē)安全要求》對(duì)整車(chē)浸水情況進(jìn)行了要求。電動(dòng)汽車(chē)高壓絕緣保護(hù)智能化保護(hù)電動(dòng)汽車(chē)充電高壓安全1.影響充電安全的因素內(nèi)部短路：根據(jù)觸發(fā)機(jī)制的不同，包括過(guò)充電/放電導(dǎo)致的內(nèi)短路、機(jī)械損毀導(dǎo)致的內(nèi)短路和自引發(fā)內(nèi)短路。過(guò)充電：系統(tǒng)故障、錯(cuò)誤的充電方法、過(guò)高的環(huán)境溫度等都可能導(dǎo)致電池出現(xiàn)過(guò)充電。隔膜以及電解液材質(zhì)：隔膜材料的性質(zhì)和力學(xué)性能直接影響著動(dòng)力電池的安全性，電解液則會(huì)隨著電池充放電次數(shù)的不斷增加而出現(xiàn)降解效應(yīng)。電池組一致性：電池生產(chǎn)過(guò)程中電池容量、內(nèi)部電阻、電芯電壓等參數(shù)出現(xiàn)的差異會(huì)隨著充放電逐漸積累，從而導(dǎo)致出現(xiàn)過(guò)充電等現(xiàn)象。周邊環(huán)境：當(dāng)環(huán)境溫度過(guò)低時(shí)，鋰離子電池的活性下降，電池負(fù)極石墨的嵌入能力較差，容易析鋰產(chǎn)生枝晶，造成電池容量衰退。動(dòng)力電池對(duì)充電安全的影響智能化保護(hù)2.影響充電安全的因素絕緣問(wèn)題：充電樁等充電設(shè)備的絕緣設(shè)計(jì)主要包括充電設(shè)備外殼防護(hù)能力、電氣間隙、爬電距離、介電強(qiáng)度、絕緣電阻等。通信協(xié)議失效及通信威脅：當(dāng)充電樁和汽車(chē)中一方接受或發(fā)出的報(bào)文出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，將會(huì)引起充電中斷或者過(guò)充電，以致電動(dòng)汽車(chē)和充電設(shè)備發(fā)生自燃。設(shè)備元件老化失效問(wèn)題：對(duì)于設(shè)置在室外的露天充電樁，若長(zhǎng)期處于高溫暴曬、泡水、低溫等各種惡類(lèi)的工作環(huán)境，會(huì)造成防護(hù)失效等問(wèn)題。環(huán)境因素：在雷雨天氣，充電設(shè)施可能會(huì)容易引發(fā)帶電反應(yīng)、受到雷擊等，而使其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)被破壞甚至燒毀。充電樁對(duì)充電安全的影響電動(dòng)汽車(chē)充電高壓安全智能化保護(hù)3.充電安全防護(hù)措施電池充電防護(hù)技術(shù)內(nèi)短路檢測(cè)防護(hù)技術(shù)：通過(guò)檢測(cè)電池的某些特征參數(shù)來(lái)判斷電池內(nèi)部是否發(fā)生了短路能夠有效提高充電安全性。電池過(guò)充電機(jī)理分析與診斷防護(hù)技術(shù)：研制新的過(guò)充電防護(hù)材料是一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、從根源降低過(guò)充電問(wèn)題發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的有效途徑。電池均衡技術(shù)：動(dòng)力電池組由于加工誤差、工作環(huán)境等因素導(dǎo)致電芯之間存在性能差異，電池均衡技術(shù)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)而言十分重要。高穩(wěn)定電池材料的研發(fā)和應(yīng)用：通過(guò)開(kāi)發(fā)性能更加優(yōu)越的電極材料、隔膜材料和電解液材料可以從根本上防止內(nèi)部短路和熱失控的發(fā)生。電池狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)與故障診斷方法：在電池充放電時(shí)對(duì)電池的電壓、電流、荷電數(shù)以及電池溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止出現(xiàn)過(guò)充電、過(guò)放電現(xiàn)象。電動(dòng)汽車(chē)充電高壓安全智能化保護(hù)4.充電安全防護(hù)措施充電設(shè)備充電防護(hù)技術(shù)絕緣防護(hù)技術(shù)：充電設(shè)備的絕緣防護(hù)技術(shù)可分為直接和間接觸電防護(hù)兩類(lèi)；此外，充電裝置還應(yīng)實(shí)時(shí)對(duì)電池的充電狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)絕緣防護(hù)技術(shù)目前針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)-充電樁通信之間的安全問(wèn)題，主要還是充電樁與單一主體的數(shù)據(jù)交互安全，與多類(lèi)主體進(jìn)行信息交互安全的研究有待完善。通信安全防護(hù)技術(shù)通過(guò)對(duì)充電樁關(guān)鍵模塊進(jìn)行老化機(jī)理分析和老化曲線預(yù)測(cè)等方式能有效提高設(shè)備的安全性，并延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。設(shè)備老化預(yù)測(cè)及防護(hù)技術(shù)010203電動(dòng)汽車(chē)充電高壓安全電動(dòng)汽車(chē)維修高壓安全1.維修安