GB38031電池安全標準里面的5分鐘
時間:2020-05-15 15:34來源:汽車電子設計 作者:朱玉龍
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引言
從GB38031《電動汽車用動力蓄電池安全要求》發布以后，這個5分鐘的熱失控預警和逃生時間的訴求就正式成為法規，是每個新能源汽車都需要去合規的。本文在此討論一些認知，我個人覺得這個5分鐘是一個最低的要求，是安全管理機構對于未來高能量密度潛在的熱失控中秒爆的問題的控制態度，從單電芯熱失控開始，到整包的起火，長遠來看需要更長的時間間隔。當然終極的目標是電芯可以爆，車不能燒起來。
01 實驗的要求
在正式的文本中，整個試驗要求的界定如下：進行熱擴散乘員保護分析和驗證，電池包或系統在由于單個電池熱失控引起熱擴散、進而導致乘員艙發生危險之前5分鐘，應提供一個熱事件報警信號。如下圖所示，這里的核心訴求是：
1）在達到電芯熱失控的標準以后，電池系統內采用感知系統進行判別，然后發送到乘員能感知的報警信號，這個標志作為一個時間起點
2）在這個起點之后的5分鐘，電池系統不能威脅到乘員（這個實際上是拿包做實驗，但是是以整車為度量的），最終的意義是看車是否起火的
圖1 天檢中心微信號圖說里面的示意圖
02 處理的要點
目前通用的做法，是通過熱事件參數的組合：溫度、溫升速率、SOC、電壓下降、電流、氣體濃度、氣體壓力等的任意組合，在整個過程中熱事件參數的閾值水平是和之前有明顯差異的。 我們整體的幾個對策包括：
1）盡可能在觸發狀態以后，迅速有效的進行識別這個單電芯熱失控信號。在這個里面，東軟睿馳牽頭做了很多的推薦，明天我花一些時間把東軟睿馳在這塊做的整理做一些梳理
2）在識別以后以主動和被動的方式進行熱失控處理對策
2.1）主動策略：這個在大眾E-tron的熱管理中已經提及了如下所示。單個電芯出現熱失控以后，盡可能把Active Cooling開到最大，把單個熱失控電芯釋放的熱量盡早盡快的通過熱管理系統排出去，盡可能讓電芯之后的傳播在一個范圍內。
圖3 最早奧迪講的Active Cooling的早期策略
2.2）被動策略：隔熱和延緩，爭取在5分鐘之內把熱失控控制在一定范圍內。這里核心的差異變化，主要是不同化學體系、電芯尺寸、電芯類型、容量和熱失控觸發方式，整個熱失控的過程是有很大的差異的。一個NCA 5Ah的21700和一個177Ah的NCM811電芯，整個熱失控的過程不一樣，而附近可能被觸發的電芯的行為也不一樣
這里最大的干擾，前幾日和一位友人交流了很久，是存在困難的，主要的問題在于，電芯，特別是方殼電芯在熱失控過程中的泄放壓力的速度，存在個體差異性。也就是說在一定的實驗條件下（較高溫度、較高SOC）下，壓力釋放超過了Venting的設計，形成一個能破壞局部密封的小型燃爆區，巨大的高溫氣體形成一個切割區域能把局部炸開一個洞，這個30秒撐不過去，整個事情就不可控了。
小結：我覺得這個GB法規的推出，對未來的發展方向是起到一個很好的作用。5分鐘對于目前來看是個過渡性的，要么做到燒電芯不燒車，要么電芯出問題前就提早處理，這個法規更多的是面向中國各種各樣的方案也給系統性安全約束。
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