電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用規(guī)模越來(lái)越大，客戶要求其續(xù)航里程與燃油汽車接近，如果采用到“刀片”電池技術(shù)，在車上能裝更多電池，但是汽車是運(yùn)客、運(yùn)貨的交通車輛，自然受到其整備質(zhì)量符合法規(guī)的限制，不允許裝質(zhì)量太多動(dòng)力電池。

比較可行的做法是，采用高比能量動(dòng)力電池，如配備三元電池。接下來(lái)的困惑是，比能量高的電池，其熱失效和熱擴(kuò)散機(jī)理越來(lái)越復(fù)雜，與低能量的動(dòng)力相比，更存在安全隱患。

如何解決這錯(cuò)綜復(fù)雜的矛盾呢？研發(fā)動(dòng)力電池智能安全保護(hù)系統(tǒng)，確保動(dòng)力電池系統(tǒng)在車輛使用周期內(nèi)，符合法律、法規(guī)要求，確保乘客及車輛財(cái)產(chǎn)的安全的必然的要求。下面對(duì)動(dòng)力電池智能安全保護(hù)系統(tǒng)的基本原理及實(shí)例介紹，供同行參考。

一、動(dòng)力電池智能安全保護(hù)系統(tǒng)研發(fā)背景

由南京市人民政府、江蘇省工業(yè)和信息化廳、中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)機(jī)械行業(yè)分會(huì)、中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)主辦，南京市溧水區(qū)人民政府、北京中汽四方會(huì)展有限公司、南京中汽智行會(huì)展有限公司、南京空港會(huì)展投資管理有限公司共同承辦，中國(guó)汽車工業(yè)咨詢委員會(huì)、中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)、中國(guó)汽車人才研究會(huì)、德國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)等單位支持的“全球智慧出行大會(huì)暨中國(guó)（南京）國(guó)際新能源和智能網(wǎng)聯(lián)汽車展覽會(huì)”于2020年9月20日-22日在南京空港國(guó)際博覽中心舉行。中國(guó)工程院院士孫逢春介紹，2019年保有量約381萬(wàn)輛，事故涉及187輛，中國(guó)新能源汽車起火概率萬(wàn)分之0.49。

2020年9月20-22日，全球智慧出行大會(huì)（GIMC2020）上，由中國(guó)科協(xié)、海南省政府、科學(xué)技術(shù)部、工業(yè)和信息化部、國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局聯(lián)合主辦的2020世界新能源汽車大會(huì)，于2020年9月27日至30日在?？谑信e辦，應(yīng)急管理部消防救援局副局長(zhǎng)曹奇發(fā)言時(shí)介紹，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2019年全國(guó)發(fā)生新能源汽車火災(zāi)560余起，2020年前三季度已經(jīng)達(dá)到700起，火災(zāi)車輛幾乎涉及所有的新能源汽車品牌。

在新能源汽車起火事故中，動(dòng)力電池事故起火占比70%以上。其中三元電池在動(dòng)力電池事故起火占比86%。隨著動(dòng)力電池能量密度加大，火災(zāi) 破壞力也在成倍增加。截至今天三元電池還是被禁止用于電動(dòng)客車，于是長(zhǎng)途客車電動(dòng)化還是遙遙無(wú)期，高比能量如622/811三元電池，用于電動(dòng)乘用車被一而再、再而三推遲。

二、動(dòng)力電池發(fā)生安全事故基本原因分析

動(dòng)力電池，無(wú)論是充電還是放電，都是電化學(xué)變化過程。充電還是放電過程，都是一個(gè)發(fā)熱過程，導(dǎo)致動(dòng)力電池單體溫度升高，長(zhǎng)期高溫環(huán)境必然導(dǎo)致動(dòng)力電池內(nèi)部的電解質(zhì)、隔膜等材料性質(zhì)變壞，進(jìn)一步導(dǎo)致熱失控和熱擴(kuò)散。如果環(huán)境出現(xiàn)異常變化，就一定會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力電池安全事故的發(fā)生。2019年中國(guó)新能源汽車起火概率萬(wàn)分之0.49，總體是安全的，但是一年卻發(fā)生了700多起安全事故，其社會(huì)負(fù)面影響還是比較大的。

有專家指出，動(dòng)力電池系統(tǒng)發(fā)生熱失控安全事故對(duì)在建和擬建動(dòng)力電池項(xiàng)目、投融資渠道等都會(huì)帶來(lái)一定的負(fù)面影響。相關(guān)方不僅擔(dān)心資產(chǎn)的損失，而且擔(dān)心給周邊設(shè)施帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)，更擔(dān)心造成人身安全事故，阻礙了整個(gè)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

安全無(wú)小事，不拍一萬(wàn)，卻怕萬(wàn)一。必須有萬(wàn)全之策，確保電動(dòng)汽車的安全。在電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程還是短板的情況下，必須持續(xù)才用新的高比能量的電池，也是一個(gè)基本趨勢(shì)，但是電動(dòng)汽車安全性卻越來(lái)越差，這絕對(duì)不允許的。

動(dòng)力電池是一個(gè)高能量體，加上其充電還放電，是一個(gè)劇烈發(fā)熱過程，隨著車載動(dòng)力容量越來(lái)越大，發(fā)熱劇烈程度也是越來(lái)越高，如果沒有科學(xué)預(yù)防措施，其安全隱患也是必然的。

基于以上論述，必須研發(fā)出動(dòng)力電池智能安全保護(hù)系統(tǒng)，以適應(yīng)動(dòng)力電池比能量越來(lái)越高、車載動(dòng)力容量越來(lái)越多、電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程越來(lái)越長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。

三、動(dòng)力電池智能安全保護(hù)系統(tǒng)研發(fā)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)家立法制訂新能源汽車及鋰電池安全規(guī)范，對(duì)安全要求趨嚴(yán)趨緊。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如下：

1）《電動(dòng)汽車安全要求》（GB 18384-2020）5.2.2.3 REESS 熱事件報(bào)警。

如果 REESS將要發(fā)生熱失控的安全事件時(shí)，應(yīng)通過一個(gè)明顯的信號(hào)（例如∶聲或光信號(hào)）裝置向駕駛員提示。

2）《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》（GB 38031-2020）5.2.7 電池包或系統(tǒng)按照8.2.7進(jìn)行熱穩(wěn)定性試驗(yàn)，鎳氫電池包或系統(tǒng)除外。包括∶

a）按照8.2.7.1 進(jìn)行外部火燒試驗(yàn)，應(yīng)不爆炸；

b）按照8272進(jìn)行熱擴(kuò)散乘員保護(hù)分析和驗(yàn)證。電池包或系統(tǒng)在由于單個(gè)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(xiǎn)之前5min，應(yīng)提供一個(gè)熱事件報(bào)警信號(hào)。

3）《電動(dòng)客車動(dòng)力鋰電池電池箱火災(zāi)防控裝置通用技術(shù)要求》中對(duì)電池?zé)崾Э匾种埔笞罱K目的是持續(xù)降溫，抑制介質(zhì)噴放后30min，要求電池箱內(nèi)部溫度不大于90℃。

4）《電動(dòng)客車安全要求》（GB 38032-2020）4.4.6 異常報(bào)警要求

可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)在由于單個(gè)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(xiǎn)之前5min，應(yīng)提供一個(gè)熱事件報(bào)警信號(hào)。

5）《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》（GB7258-2017）12.10 客車的特殊要求:

12.10.1 客車在設(shè)計(jì)和制造上應(yīng)保證發(fā)動(dòng)機(jī)排氣不會(huì)進(jìn)入客廂，   

12.10.2 客車的滅火裝置配置應(yīng)符合 GB34655的規(guī)定。

12.10.3 車長(zhǎng)大于或等于6m的純電動(dòng)客車、插電式混合動(dòng)力客車，應(yīng)能監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池工作狀態(tài)并在│【發(fā)現(xiàn)異常情形時(shí)報(bào)警，且報(bào)警后5 min 內(nèi)電池箱外部不能起火爆炸。

12.10.4 安裝有客艙固定滅火系統(tǒng)的公共汽車，其客艙固定滅火系統(tǒng)的性能應(yīng)符合 GA1264的規(guī)定。

有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施時(shí)間，如下表。

總之，車載動(dòng)力電池系統(tǒng)安全性，必須滿足的有關(guān)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，電動(dòng)汽車安全才會(huì)有保障，電動(dòng)汽車安全形勢(shì)才明顯好轉(zhuǎn)。中國(guó)新能源汽車起火概率才會(huì)再降一個(gè)數(shù)量等級(jí)。

四、動(dòng)力電池智能安全保護(hù)系統(tǒng)研發(fā)基本理念

動(dòng)力電池智能安全保護(hù)系統(tǒng)基本要求必須滿足國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。如何能滿足上述標(biāo)準(zhǔn)要求呢？

主要目標(biāo)：要保持電芯性能一致性持續(xù)穩(wěn)定。

主要工作：選擇好電芯、高標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電池包的組裝生產(chǎn)和檢測(cè)、成包后保護(hù)并“伺候”好電芯。

電池包殼體設(shè)計(jì)：

①采用強(qiáng)度鋼制作，橫縱向加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，御碰撞和擠壓帶來(lái)的沖擊；

②電池包殼體內(nèi)部邊沿和四角設(shè)置緩沖區(qū)，受到嚴(yán)重碰撞沖擊，外殼潰縮，確保電池不被傷及；

③內(nèi)模組采用鋁制中空外保護(hù)設(shè)計(jì)，矩陣式雙框架電池艙結(jié)構(gòu)，IP68等級(jí)的防水防塵；

④實(shí)時(shí)雙ECU多層級(jí)監(jiān)控，應(yīng)急防爆泄壓設(shè)計(jì)，確保了電池的安全。

電池包恒溫?zé)峁芾砑夹g(shù)：

將電芯溫度更加穩(wěn)定地控制在高效、安全的溫度區(qū)間。每個(gè)電芯模組內(nèi)布置兩個(gè)溫度傳感器，精確監(jiān)測(cè)每個(gè)模組內(nèi)部電芯溫度，并通過BMS和BTMS精確管理所有電芯，電芯溫差控制在±2℃，確保電芯溫度均勻性。

具體措施：對(duì)電池工作溫度、充放電深度、充放電倍率、內(nèi)外部應(yīng)力的實(shí)行智能數(shù)據(jù)監(jiān)控。

五、動(dòng)力電池智能安全保護(hù)系統(tǒng)研發(fā)原理

動(dòng)力電池智能安全保護(hù)系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成：

1) 鋰電池智能熱管理系統(tǒng)；

2）鋰電池復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器 

3）鋰電池火災(zāi)抑制裝置。

通過移動(dòng)通信技術(shù)，可行實(shí)現(xiàn)云監(jiān)控和管理。

電動(dòng)客車鋰離子動(dòng)力電池（箱）火災(zāi)防控技術(shù)，采用國(guó)際首創(chuàng)的全氟己酮不導(dǎo)電液體，通過了應(yīng)急管理部消防產(chǎn)品合格評(píng)定中心，消防產(chǎn)品技術(shù)認(rèn)證，能滿足極大容量電芯（271Ah）熱失控的鋰離子動(dòng)力電池（箱）火災(zāi)抑制的需要，已應(yīng)用于北京、上海、廣州、杭州、天津等全國(guó)最有影響力的公交集團(tuán)、氫燃料車企業(yè)以及宇通、比亞迪、金龍、中車等主流客車廠。

 動(dòng)力電池智能安全保護(hù)系統(tǒng)目前正與國(guó)內(nèi)主流乘用車廠合作開發(fā)驗(yàn)證。

六、動(dòng)力電池智能安全保護(hù)系統(tǒng)研發(fā)技術(shù)來(lái)源

1）哲弗智能系統(tǒng)（上海）有限公司 （別名：澤福智能）李飛董事長(zhǎng)領(lǐng)導(dǎo)的哲弗熱失控管理技術(shù)研究院；

2）哲弗熱失控管理技術(shù)研究院與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合作成立了的火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室新能源火災(zāi)消防試驗(yàn)基地；

3）哲弗熱失控管理技術(shù)研究院與清華大學(xué)歐陽(yáng)明高院士領(lǐng)銜的清華大學(xué)電池安全實(shí)驗(yàn)室合作建立的哲弗智能-清華大學(xué)電池燃燒安全測(cè)試基地。

七、動(dòng)力電池智能安全保護(hù)系統(tǒng)技術(shù)先進(jìn)性和商用性

該系統(tǒng)致力于解決動(dòng)力鋰離子電池壽命短、冬季續(xù)航里程低、熱失控起火爆炸等全球新能源汽車動(dòng)力電池安全的痛點(diǎn)問題。動(dòng)力電池智能安全保護(hù)系統(tǒng)成功地把動(dòng)力電池管理系統(tǒng)和熱管理系統(tǒng)有機(jī)地融為一體了，其技術(shù)先進(jìn)性和產(chǎn)品商用成熟性，第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)給出結(jié)論和評(píng)價(jià)：

1）液冷鋰電池箱溫控系統(tǒng)被科技部評(píng)定為達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；

2）氣體（液態(tài)）鋰電池箱滅火系統(tǒng)被科技部評(píng)定為達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；

3）新能源汽車動(dòng)力總成全面安全智能管理系統(tǒng)科技部評(píng)定為達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；

4）工信部頒發(fā)的《科學(xué)技術(shù)成果登記證書》；

5）應(yīng)急管理部為此頒發(fā)了《消防產(chǎn)品技術(shù)鑒定證書》。

八、總結(jié)

汽車電動(dòng)化、推進(jìn)加快、續(xù)航里程提升是一個(gè)明顯趨勢(shì)。采用高比能量動(dòng)力電池也必然要求。消除動(dòng)力電池的安全隱患是一個(gè)基本要求。研發(fā)動(dòng)力電池智能安全保護(hù)系統(tǒng)也是長(zhǎng)期的任務(wù)。

中國(guó)企業(yè)成功研發(fā)的動(dòng)力電池智能安全保護(hù)系統(tǒng)，為中國(guó)新能源汽車發(fā)展做出新的貢獻(xiàn)。中國(guó)的電動(dòng)汽車一定會(huì)叫用戶買得起、用得安心。