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【动力电池高低温防爆试验】之动力电池安全可靠性测试的深度探讨

2015-07-02

【本文出自动力电池高低温防爆试验箱制造专家——广东三木科技】新能源汽车是趋势,更是正在普及化

事实了!电池的安全,关系到你我他的生命安全!动力电池的安全,是新能源汽车安全的首要指标!没有

安全为前提,经济性、节能性、国家战略、方便等都是空谈!

上一次我们聊到了电池的材料和起火、爆炸的原因,今天我们聊聊电池的安全预控和设备防护——三木科技

动力电池高低温防爆试验箱


 

1.温度监控:通过电池内部和外部表面温度传感器,释放安全信号

2.烟雾感应:温度不高的前提下,烟雾感应

3.仪器测量:通过仪器来监控电池的安全性能

4.红外热感:通过电池热量监控

5.电解液监控:通过对电解液分析,从而得到电池运行情况

以上几种方式,哪种是目前众多试验设备应用最广泛的的呢?肯定是温度监控和仪器测量。因为这个投入不

大,但精度及有效性良好,同时通过数据,能分析出电池的失效、质量、等等参数。

   

我们回到电池的测试中,怎么样才能提供安全、可靠的测试环境呢?那么这个对电池的监控就必不可少,而

且精度越高,反应速度越灵敏越好。不管是烟雾报警,压力报警,还是红外的,相对电池内部温度和表面温

度监控,都慢了半拍。 

目前市场上通用的电池测试仪器和监控的,有很多公司。 

国外的:Maccor、德国迪卡龙公司、必测公司、美国Arbin仪器公司等公司;

国内的:台湾安捷伦、星云、新威尔、恒翼能、瑞能、蓝齐、擎天等公司……还有一些其他公司,这些公司

做的都不错,那么怎么样才能快速的反应给环境设备呢?这个就需要联机或互控。我们目前和上诉所说的大

部门公司有合作,所以,这个方法和方式都是可以实现的。

        

目前市场上的电池厂家和研究单位,对防爆的测试要求,各有不同,从防爆等级来说,就有2-7。防爆的项

目也各有不同,有些是热滥用,过充过放,热冲击,有些失效测试等等。都离不开安全,没有安全,一切都

是空谈!三木科技动力电池高低温防爆试验箱就是怀着这样的愿景应运而生!记得曾经向新能源的专家请教,

问道他们的电池是否会出现燃烧,爆炸等情况。他们的答复很坚决。不允许有电池起火、爆炸的事情发生。我

非常认可他们对品质的要求,对电池的研究。但试问,就真的不会发生了吗?

夏军在文章中是如下描述:“动力电池系统所采用的电芯,其能量密度非常高,以磷酸铁锂电芯为例,能量密度

可达120Wh/kg,换算成焦耳,1千克的磷酸铁锂电芯含有120×3600焦耳=0.43 MJ。那么TNT炸药释放的能量有

多少呢?1克TNT炸药可释放4184焦耳的能量,换算下来,1千克的磷酸铁锂电芯蕴含的能量相当于103克的TNT

炸药。一辆纯电动汽车,其使用的电芯通常重达几百公斤,以100公斤电芯计算,总能量就相当于10公斤TNT炸

药。换着是谁,心里都会发毛,这东西会不会不稳定,会不会起火,甚至爆炸啊?”

 

目前市场上,电池炸伤人,烧坏汽车,发生事故的事情,层出不穷。最近深圳大巴充电过程中发生事故就是

明显的例子。包括最近某手机在充电的时候,把人炸成了重伤的,也发生了!在我看来,电池的大量使用,

管是经济性、方便、节能、国家战略等等,我还是认为安全始终第一。

三木科技从事环境试验设备研究十几年,从事电池可靠性和信赖性设备研究也有八年之久,动力电池高低温

防爆试验箱是代表核心产品之一!我们始终认为,对电池测过程中的安全也是不可忽略的,因为我们需要

去探索电池为什么会爆炸、为什么燃烧。然后燃烧后,爆炸后我们能做出哪些反应、得到什么数据。所以,不管

对于常规测试,还是安全测试,还是简单过充过放,存储测试,都需要一个安全、可靠的环境。

电池从有问题到真正燃烧、爆炸,有个时间,这个时间可以给一些设备做出反应。如热滥用或其他高低温设备

可以做如下反应;

报警:

设备本身发出声音或信息警示实验室工程师,做成反应,如远离设备,如对某些电器、仪器断电;

这个期间,时间很短,也只有几秒钟,但对于一些工作任然是有效的。把损失降低就是最好的。特别是在人

安全方面,记得曾经有个实验室,电池爆炸,把高低温的箱门炸飞了,刚好工程师在旁边,工程师直接进

医院。因为这个事情,大部分工程师都辞职,因为涉及到了人身安全。

预控:

通过监控电池的仪器仪表,在数据传输每秒100次以上的速度,通知环境设备,开启排风,导流装置;

这个有没有作用呢?对于小电池和小模块都是很有作用的,这样可以保证设备不被气流或是压力所损坏。同

时对电池的研究,不会破坏。

防爆:

泄压口、防爆装置的快速反应,都能减少设备的损坏和人员安全。一台设备的防爆口大小。这个是需要计算的,

我们经常碰到客户一问,就要知道设备的价钱。我们需要知道设备大小、电池的材料、电池的大小、测试条件

参数。才能为客户选择一台设备。防爆口的大小和防爆装置的设计,都是直接对设备是否具备防爆能力及防

爆等级高低的判断。

灭火:

电池的灭火,是各大院校,厂家,使用者等都很关心的问题,我和南开大学陈院长在探讨这个问题的时候,陈

院长说用砂子或二氧化碳,我在和力神电池的实验室经理陈志奎探讨的时候,他觉得用水是目前比较好的方案。

各家对电池灭火的方案都是不同的看法。也是很正常的,因为材料不一样!

 

对于电池的灭火,在我们做了很多防爆型的高低温(动力电池高低温防爆试验箱)、热滥用设备后,发现小电

池是可以用砂子,二氧化碳的,但大电池,目前只有两种办法,比较有效。 

一是可以通过注入大量的水,降低电池的问题。

但问题也是有的,其中加水后电池没有办法研究了,其次电池中的金属铝遇水发生反应,加剧了电池的燃烧。

所以,三木研发部得出的结论是,大量的水。不过真正是否使用水来灭火,还需要根据电池大小,材料,环

境而定。不能一概而论。

二是注入液氮,德国某实验室花了近百万欧元建了一个液氮塔,就是做防爆测试。液氮是目前国际上比较有

效的方式,因为液氮能迅速的降温。使用液氮能把环境温度瞬间降低到-70℃以下。这个环境,电池是不能

着火或爆炸的。

使用液氮的问题比水更麻烦。其一液氮是极其危险的,稍不注意。就是二次事故。其二液氮的成本不低,使

用一次十几万人民币.其三,对设备本身要求很高,防护及事后措施都是比较麻烦!

        电池测试标准中涉及到的安全,有哪些呢?

国内标准

国际标准

QC/T 743

GB/T 31241

GB/T 31485

GB 31241

GB/T 4208

GB/T 18384-1

GB/T 18384-2

GB/T 18384-3

GB/T 18387

GB/T 17619

UN38.3

IEC62660-2

IEC60664-1

ISO12405-3
ISO 20653

IEC60529

IEC62281

ISO11451-1/2/3

ISO3864
ISO26262
CISPR12
CISPR25
ECER100
VDA2007
UL1642
UL60950-1
UL2580
UL2054
SAEJ2380
SAEJ2464
SAEJ1766
FMVSS305

做完上述工作,电池可靠性设备测试时(即使用动力电池高低温防爆试验箱时)的安全,对于设备,实验

室、操作人员、到底需要做具体的哪些工作呢?

我们今天先聊聊三木科技的设备——动力电池高低温防爆试验箱,因为设备的好坏和防爆能力,直接影响

测试及人身安全,我们先聊聊三木科技动力电池高低温防爆试验箱硬件的防护:

1.内箱:内箱尺寸大小需要通过仿真实验得出,内部材料采用精密焊接,不漏气,漏水,一定抗压能力;

2.电气及部件:如果都是需要达到4-7的防爆等级,那么所有的部件和电气,都是需要做防爆论证。

3.加固型门锁:一个门锁抗压300公斤,一台小型设备。200L的。总共有7-10个安全锁。 

4.内部绝缘:一般会绝缘样品架或是内部不锈钢板。

5.压力装置:自测试开始,压力锁自动上锁,在测试未结束前,不能开启测试门。所以,就算电池爆炸,门

始终飞不出去。

6.平衡装置:内部压力测试过程中,微量排气。起到箱体内部压力平衡;

7.排气装置:在测试结束或设备异常、报警时,能起到导流作用,大量排气并减压;

8.微量泄压口:采用胶塞方式,当内部压力异常时,可以冲开胶塞

9.防爆泄压口:防爆泄压口的大小,需要仿真实验的计算。通过电池材料,容量、空间、大小等计算才能得

电池爆炸力。

a) 自动开启式:当BMS感应电池异常,通过气缸瞬间把顶部打开;

b) 采用弹簧式:当压力突然增大,能把弹簧冲开,起到防爆作用; 

c) 跷跷板方式:当压力突然增大,能直接把顶部冲开。

 

今天就和大家聊到这里,下回分解设备的软件和实验室安全的建议。

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