如何保证动力电池的安全,是电动流车最基本和最重要的话题,本节从十的角度分别介绍电芯、模组、电池系统如何进行安全设计。 (1)电芯的安全设计。 电芯的安全设计主要包含原材料选择和壳体设计两个方面: ①原材料的选择。 a.正极材料:正极材料对电池的安全影响至关重要,目前锂离子电池的正极材料主要采用三元材料和磷酸铁锂两种,主要关注正极材料本身的热稳定,以及与电解液之间的界面稳定性。 b.负极材料:锂离子电池的负极材料主要采用石墨材料(包括人造石墨天然石墨和硅碳复合石墨三种),需要改善负极材料与电解液界面的稳定性减少与电解液的副反应。 c.隔膜:隔膜的作用是将正负极进行隔离,同时提供锂离子的转移通道。 膜材料需要具有足够的热稳定性、低收缩性、高穿刺强度、高绝缘性和机械稳定性,一般采用聚烯烃类材料。 d.电解液:电解液的主要作用是在正负极间进行锂离子的传输,电解液需要在正负极的表面形成稳定界面,目前一般采用六氟磷酸锂为电解质。 ②壳体的设计。 电芯的壳体需要保证强度和良好的密封,防止电解液泄漏。目前圆柱电芯和方型电芯采用镀镍钢或者铝的壳体,并在壳体上设置有泄压等安全保护装置,软包电芯主要采用铝塑多层膜做壳体包装。 (2)模组的安全设计: 首先模组需要能够承受外部的挤压、振动、冲击等,电池模组应避免尖角设计,在模组边缘或者表面控制毛刺,在表面特别是电气连接部位需要做防腐处理。 其次,电池模组需要考虑防火、阻燃和绝缘的要求,一旦电芯发生热失控,模组能够耐受高温和高压的冲击,防止人员触电。 模组的设计还应保证内部电芯具有足够的散热面积,保证电芯与热管理系统间的热量传递能满足电池冷却和加热的需求。 需要注意的是,电芯在使用过程中由于不断充放电会发生膨胀,模组的设计应根据电芯的性能,合理预留膨胀的空间。
(3)电池系统的安全设计。
与模组一样,电池系统需要能够承受外部的碰撞、底部石击、振动等。
对于碰撞,需要考虑电动汽车各个方向的冲击;对于振动,由于电池系统的激励源主要是电动汽车行驶中路面的不平造成的,路面的激励频率大部分都集中在低频,因此,电池系统在设计过程中需要提高电池系统的整体固有频率。
电池系统还需要做到防水、防尘、防腐以及绝缘,要保证各个连接系统的可靠和稳定,高压部件一般需要接地。
因电池系统的重量占据了电动汽车很大一部分重量,直接影响到电动汽车的能耗以及续航里程,因此电池系统也需要进行轻量化设计。
