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一種動力蓄電池?zé)崾Э氐呐袛喾椒昂筇幚泶胧?/h1>
2021-12-07 19:36:14· 來源：電動學(xué)堂 作者：劉敏等
文章來源：1.成都廣通新能源汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究有限公司2.成都廣通汽車有限公司3.珠海廣通汽車有限公司引言熱失控是指電池單體放熱連鎖反應(yīng)引起電池溫度不可控上升
文章來源：1.成都廣通新能源汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究有限公司2.成都廣通汽車有限公司
3.珠海廣通汽車有限公司
引言
熱失控是指電池單體放熱連鎖反應(yīng)引起電池溫度不可控上升的現(xiàn)象，單體熱失控后會進(jìn)一步引發(fā)其余電池單體連接發(fā)生熱失控形成電池包的熱擴(kuò)散。在車輛行駛在過程中由于路況復(fù)雜及電池本身的工藝問題，可能由于過熱、擠壓和碰撞等原因而導(dǎo)致電池出現(xiàn)冒煙或著火等極端惡劣的事故，若不能及時發(fā)現(xiàn)并得到有效處理，勢必導(dǎo)致故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，對周圍電池、車輛以及車上人員構(gòu)成威脅，嚴(yán)重影響車輛運行的安全性。實際上近些年因動力蓄電池?zé)崾Э匾l(fā)的事故屢見不鮮，造成了不良的社會影響。所以如何準(zhǔn)確地判斷電池?zé)崾Э靥卣?，以及電池包自身抵抗熱失控的能力顯得尤為重要，最起碼從熱失控開始到結(jié)束的時間間隔內(nèi)，應(yīng)通過一個明顯的信號向駕駛員提示[2]。本文結(jié)合我司在動力電池及電動客車安全領(lǐng)域的研究成果，給出電池?zé)崾Э氐囊环N判斷方法及熱失控后處理措施，為整車制造企業(yè)的設(shè)計工作提供參考。
國家標(biāo)準(zhǔn)要求
2020年5月發(fā)布GB38031-2020標(biāo)準(zhǔn)，對原動力蓄電池標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了全面升級。其中規(guī)定：“電池包或系統(tǒng)在由于單個電池?zé)崾Э匾馃釘U(kuò)散、進(jìn)而導(dǎo)致乘員艙發(fā)生危險之前5min，應(yīng)提供一個熱事件報警信號（服務(wù)于整車熱事件報警，提醒乘員疏散）。如果熱擴(kuò)散不會產(chǎn)生導(dǎo)致車輛乘員危險的情況，則認(rèn)為該要求得到滿足。標(biāo)準(zhǔn)要求新申請型式批準(zhǔn)的車型自2021年1月1日起開始執(zhí)行，已獲得型式批準(zhǔn)的車型自本標(biāo)準(zhǔn)實施之日起第13個月開始執(zhí)行。
熱失控判斷方法
下圖為一磷酸鐵鋰模組結(jié)構(gòu)圖，通過模組上的多組溫度和電壓采樣點，可實時監(jiān)測電池單體的溫度和電壓數(shù)據(jù)。推薦如下熱失控判斷條件：
1）監(jiān)測點溫度達(dá)到制造商規(guī)定的最高工作溫度（70℃）；
2）觸發(fā)對象產(chǎn)生電壓降，且下降值超過初始電壓的25%；
3）監(jiān)測點的溫升速率dT/dt≥1℃/s，且持續(xù)3s以上。當(dāng)1）和3）或者2）和3）發(fā)生時，判定發(fā)生熱失控事件。
熱失控后處理措施
當(dāng)電池出現(xiàn)熱失控報警后，駕駛員或后臺調(diào)度系統(tǒng)需組織乘客有序疏散。以電動客車為例，電池管理系統(tǒng)接入整車CAN系統(tǒng)，當(dāng)管理系統(tǒng)根據(jù)單體電壓和溫度判斷出電池系統(tǒng)熱失控后將便向CAN系統(tǒng)周期性地發(fā)送告警，此時熱失控狀態(tài)置1。如果車輛處于充電狀態(tài)，電池管理系統(tǒng)退出國標(biāo)充電流程并立即斷開充電接觸器；如果車輛處于行車或上高壓完成狀態(tài)，電池管理系統(tǒng)將放電和回饋充電的功率限制為0，請求整車執(zhí)行下高壓指令，電機(jī)控制器將在1S內(nèi)線性降功為0，關(guān)閉IGBT，斷開主驅(qū)放電接觸器。與此同時整車如連續(xù)接收到10幀熱失控的告警信息后，將采取對應(yīng)的應(yīng)急措施。
以某磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)為例定義如下報文信息。
按國標(biāo)要求三級故障里定義了“電池系統(tǒng)熱失控”故障，代碼36。當(dāng)電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控，ID1820E0F1_Byte1=36且持續(xù)接收到10幀報文后（持續(xù)收到10幀報文，即熱失控故障持續(xù)報警1S，目的是抑制信號干擾），之后整車將從三個方面進(jìn)行應(yīng)急處理：
1)整車轉(zhuǎn)向助力將維持30s
熱失控告警后，電池管理系統(tǒng)雖請求整車下高壓，但是轉(zhuǎn)向助力仍會繼續(xù)工作30S后電池管理系統(tǒng)才強(qiáng)行下電，或車速小于5km/h時油泵才停機(jī)。此要求是為了滿足GB38032-2020中“行駛中助力系統(tǒng)控制要求”的條款，即車輛在行駛過程中，出現(xiàn)需要整車斷B級高壓電的車輛異常情況時，在車速大于5km/h時應(yīng)保持轉(zhuǎn)向系統(tǒng)維持助力狀態(tài)或至少保持轉(zhuǎn)向助力狀態(tài)30s。車輛高速時維持轉(zhuǎn)向助力一定時間在實際中具有重要的指導(dǎo)作用，可避免整車嚴(yán)重故障時油泵立即停機(jī)造成的嚴(yán)重安全事故。維持轉(zhuǎn)向助力一段時間，可使駕駛員應(yīng)急靠邊停車。
2)車輛組合儀表進(jìn)行聲光報警
組合儀表主界面彈出熱失控的報警窗口，如下圖所示。
在報警窗口內(nèi)包含告警信息：“電池?zé)崾Э兀埩⒓词枭⑷藛T！”，同時在第一次收到告警后在窗口內(nèi)倒計時5分鐘，該時間便是保證乘員艙安全的人員撤離時間。由熱失控報警事件觸發(fā)的聲光報警和提示還應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
3)遠(yuǎn)程調(diào)度中心報警
熱失控后車載調(diào)度系統(tǒng)從CAN總線上獲取報警信息，并通過GPRS向后臺系統(tǒng)報警，用于遠(yuǎn)程協(xié)助疏散和組織營救。
具體熱失控后處理措施如流程圖所示。
結(jié)束語
本文圍繞標(biāo)準(zhǔn)要求的“可充電儲能系統(tǒng)在由于單個電池?zé)崾Э匾馃釘U(kuò)散、進(jìn)而導(dǎo)致乘員艙發(fā)生危險之前5min，應(yīng)提供一個熱事件報警信號”條款展開論述。從故障判定的方法和熱失控條件觸發(fā)后整車關(guān)鍵零部件的應(yīng)急處理策略進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。電池?zé)崾Э厥且环N無法避免的安全隱患，但是通過本文的設(shè)計實例，不僅可以精準(zhǔn)地判斷出故障，還能從容地處置事故，具有很強(qiáng)的實用價值。
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2021-12-07 19:36:14· 來源：電動學(xué)堂 作者：劉敏等
文章來源：1.成都廣通新能源汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究有限公司2.成都廣通汽車有限公司3.珠海廣通汽車有限公司引言熱失控是指電池單體放熱連鎖反應(yīng)引起電池溫度不可控上升
文章來源：1.成都廣通新能源汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究有限公司2.成都廣通汽車有限公司
3.珠海廣通汽車有限公司
引言
熱失控是指電池單體放熱連鎖反應(yīng)引起電池溫度不可控上升的現(xiàn)象，單體熱失控后會進(jìn)一步引發(fā)其余電池單體連接發(fā)生熱失控形成電池包的熱擴(kuò)散。在車輛行駛在過程中由于路況復(fù)雜及電池本身的工藝問題，可能由于過熱、擠壓和碰撞等原因而導(dǎo)致電池出現(xiàn)冒煙或著火等極端惡劣的事故，若不能及時發(fā)現(xiàn)并得到有效處理，勢必導(dǎo)致故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，對周圍電池、車輛以及車上人員構(gòu)成威脅，嚴(yán)重影響車輛運行的安全性。實際上近些年因動力蓄電池?zé)崾Э匾l(fā)的事故屢見不鮮，造成了不良的社會影響。所以如何準(zhǔn)確地判斷電池?zé)崾Э靥卣?，以及電池包自身抵抗熱失控的能力顯得尤為重要，最起碼從熱失控開始到結(jié)束的時間間隔內(nèi)，應(yīng)通過一個明顯的信號向駕駛員提示[2]。本文結(jié)合我司在動力電池及電動客車安全領(lǐng)域的研究成果，給出電池?zé)崾Э氐囊环N判斷方法及熱失控后處理措施，為整車制造企業(yè)的設(shè)計工作提供參考。
國家標(biāo)準(zhǔn)要求
2020年5月發(fā)布GB38031-2020標(biāo)準(zhǔn)，對原動力蓄電池標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了全面升級。其中規(guī)定：“電池包或系統(tǒng)在由于單個電池?zé)崾Э匾馃釘U(kuò)散、進(jìn)而導(dǎo)致乘員艙發(fā)生危險之前5min，應(yīng)提供一個熱事件報警信號（服務(wù)于整車熱事件報警，提醒乘員疏散）。如果熱擴(kuò)散不會產(chǎn)生導(dǎo)致車輛乘員危險的情況，則認(rèn)為該要求得到滿足。標(biāo)準(zhǔn)要求新申請型式批準(zhǔn)的車型自2021年1月1日起開始執(zhí)行，已獲得型式批準(zhǔn)的車型自本標(biāo)準(zhǔn)實施之日起第13個月開始執(zhí)行。
熱失控判斷方法
下圖為一磷酸鐵鋰模組結(jié)構(gòu)圖，通過模組上的多組溫度和電壓采樣點，可實時監(jiān)測電池單體的溫度和電壓數(shù)據(jù)。推薦如下熱失控判斷條件：
1）監(jiān)測點溫度達(dá)到制造商規(guī)定的最高工作溫度（70℃）；
2）觸發(fā)對象產(chǎn)生電壓降，且下降值超過初始電壓的25%；
3）監(jiān)測點的溫升速率dT/dt≥1℃/s，且持續(xù)3s以上。當(dāng)1）和3）或者2）和3）發(fā)生時，判定發(fā)生熱失控事件。
熱失控后處理措施
當(dāng)電池出現(xiàn)熱失控報警后，駕駛員或后臺調(diào)度系統(tǒng)需組織乘客有序疏散。以電動客車為例，電池管理系統(tǒng)接入整車CAN系統(tǒng)，當(dāng)管理系統(tǒng)根據(jù)單體電壓和溫度判斷出電池系統(tǒng)熱失控后將便向CAN系統(tǒng)周期性地發(fā)送告警，此時熱失控狀態(tài)置1。如果車輛處于充電狀態(tài)，電池管理系統(tǒng)退出國標(biāo)充電流程并立即斷開充電接觸器；如果車輛處于行車或上高壓完成狀態(tài)，電池管理系統(tǒng)將放電和回饋充電的功率限制為0，請求整車執(zhí)行下高壓指令，電機(jī)控制器將在1S內(nèi)線性降功為0，關(guān)閉IGBT，斷開主驅(qū)放電接觸器。與此同時整車如連續(xù)接收到10幀熱失控的告警信息后，將采取對應(yīng)的應(yīng)急措施。
以某磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)為例定義如下報文信息。
按國標(biāo)要求三級故障里定義了“電池系統(tǒng)熱失控”故障，代碼36。當(dāng)電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控，ID1820E0F1_Byte1=36且持續(xù)接收到10幀報文后（持續(xù)收到10幀報文，即熱失控故障持續(xù)報警1S，目的是抑制信號干擾），之后整車將從三個方面進(jìn)行應(yīng)急處理：
1)整車轉(zhuǎn)向助力將維持30s
熱失控告警后，電池管理系統(tǒng)雖請求整車下高壓，但是轉(zhuǎn)向助力仍會繼續(xù)工作30S后電池管理系統(tǒng)才強(qiáng)行下電，或車速小于5km/h時油泵才停機(jī)。此要求是為了滿足GB38032-2020中“行駛中助力系統(tǒng)控制要求”的條款，即車輛在行駛過程中，出現(xiàn)需要整車斷B級高壓電的車輛異常情況時，在車速大于5km/h時應(yīng)保持轉(zhuǎn)向系統(tǒng)維持助力狀態(tài)或至少保持轉(zhuǎn)向助力狀態(tài)30s。車輛高速時維持轉(zhuǎn)向助力一定時間在實際中具有重要的指導(dǎo)作用，可避免整車嚴(yán)重故障時油泵立即停機(jī)造成的嚴(yán)重安全事故。維持轉(zhuǎn)向助力一段時間，可使駕駛員應(yīng)急靠邊停車。
2)車輛組合儀表進(jìn)行聲光報警
組合儀表主界面彈出熱失控的報警窗口，如下圖所示。
在報警窗口內(nèi)包含告警信息：“電池?zé)崾Э兀埩⒓词枭⑷藛T！”，同時在第一次收到告警后在窗口內(nèi)倒計時5分鐘，該時間便是保證乘員艙安全的人員撤離時間。由熱失控報警事件觸發(fā)的聲光報警和提示還應(yīng)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
3)遠(yuǎn)程調(diào)度中心報警
熱失控后車載調(diào)度系統(tǒng)從CAN總線上獲取報警信息，并通過GPRS向后臺系統(tǒng)報警，用于遠(yuǎn)程協(xié)助疏散和組織營救。
具體熱失控后處理措施如流程圖所示。
結(jié)束語
本文圍繞標(biāo)準(zhǔn)要求的“可充電儲能系統(tǒng)在由于單個電池?zé)崾Э匾馃釘U(kuò)散、進(jìn)而導(dǎo)致乘員艙發(fā)生危險之前5min，應(yīng)提供一個熱事件報警信號”條款展開論述。從故障判定的方法和熱失控條件觸發(fā)后整車關(guān)鍵零部件的應(yīng)急處理策略進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。電池?zé)崾Э厥且环N無法避免的安全隱患，但是通過本文的設(shè)計實例，不僅可以精準(zhǔn)地判斷出故障，還能從容地處置事故，具有很強(qiáng)的實用價值。
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