中船殷正保：動(dòng)力電池組熱失控預(yù)警與滅火技術(shù)探討

1月16日,2018首屆中國(guó)(成都)新能源汽車高峰論壇在成都盛大開(kāi)幕。中船重工第七一〇研究所湖北海山科技有限公司應(yīng)邀攜火敵動(dòng)力電池?zé)崾Э仡A(yù)警與快速滅火技術(shù)參加,項(xiàng)目總師殷正保在大會(huì)作主題《動(dòng)力電池組熱失控預(yù)警與滅火技術(shù)》演講。

前面幾位專家和老總就各自的范圍給大家做了非常精彩的分享。下面由我給大家做一個(gè)分享。今天我的交流主要四個(gè)方面,分別為研究的背景、熱失控預(yù)警解決的技術(shù)途徑、滅火解決的技術(shù)途徑和試驗(yàn)驗(yàn)證情況。

第一部分就是研究的背景。

發(fā)展新能源和節(jié)能減排成為了全人類的共識(shí),我相信大的發(fā)展趨勢(shì)不會(huì)變。近年來(lái),隨著大氣污染日趨嚴(yán)峻,以石油為主的化石類能源的稀缺性和不可再生性,與日益增長(zhǎng)的全球汽車保有量之間的矛盾將日益尖銳。各國(guó)相繼出臺(tái)了鼓勵(lì)新能源汽車政策,如雙積分制、普通燃油車退出時(shí)間表等,我國(guó)也不例外。在這樣一個(gè)大的背景下,新能源汽車呈現(xiàn)出來(lái)一種蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì),接下來(lái)在可以預(yù)見(jiàn),相應(yīng)的問(wèn)題也就出現(xiàn)了,安全問(wèn)題成了一個(gè)困擾行業(yè)發(fā)展的重要的問(wèn)題。

(1)近年來(lái),使用動(dòng)力鋰電池的新能源車發(fā)生自燃、爆燃等事故新聞媒體時(shí)有報(bào)道,讓業(yè)界不得不重新審視鋰電池安全。

(2)從事故類型上分析,動(dòng)力鋰電池發(fā)生自燃通常有高溫、外力作用、自身老化、過(guò)度充電等原因。因動(dòng)力鋰電池通常都是組合使用,因此一旦發(fā)生火災(zāi),其擴(kuò)散蔓延速度非?？臁?/p>

(3)如何將動(dòng)力鋰電池火情在初期進(jìn)行探測(cè)、控制并防止復(fù)燃,避免更大的財(cái)產(chǎn)和生命損失,成為科研工作者面臨的首要問(wèn)題。

還有一個(gè)大的背景就是近年來(lái)相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在逐步落實(shí),在《電動(dòng)客車安全技術(shù)條件》里面就明確了充電儲(chǔ)能系統(tǒng)應(yīng)該具備火災(zāi)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)功能,在駕駛區(qū)給駕駛員提供聲光報(bào)警信號(hào)。而且一旦發(fā)生失控以后,并且沒(méi)有煙氣進(jìn)入到乘客艙才算通過(guò)。還有我們參與的滅火裝置的技術(shù)要求,也在處于一個(gè)征求意見(jiàn)的階段。近期就會(huì)落地實(shí)施。

第二部分就是熱失控預(yù)警的解決技術(shù)途徑。

動(dòng)力電池是能源系統(tǒng),要維持正常工作,一定會(huì)發(fā)熱的。要保障絕對(duì)安全,必須從工程上,有可靠技術(shù)來(lái)保障它的發(fā)熱是可控的。如果要想把動(dòng)力電池的火情控制住,扼殺在萌芽主要有兩條途徑:第一個(gè)就是事前的預(yù)警;第二,一旦提前預(yù)警失效或者是干預(yù)也失效,就要具備高效的滅火裝置。如果這兩條做到了動(dòng)力電池組的安全問(wèn)題自然會(huì)有保障。

(1)首先分析一下電池?zé)崾Э氐臋C(jī)理。熱失控的起因有很多,包括一些外部的過(guò)溫過(guò)壓,還有由于交通事故導(dǎo)致的穿刺擠壓,外部的短路,都可以導(dǎo)致溫度積聚升高。熱失控一旦產(chǎn)生以后這個(gè)發(fā)展速度是非常快的,我們也做了大量的實(shí)驗(yàn),鋰電池一旦發(fā)生爆燃是非?？膳碌囊患?。

(2)動(dòng)力電池?zé)崾Э氐囊?guī)律總結(jié)。我們收集的一些數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)三級(jí)預(yù)警。首先在內(nèi)部的電阻在變小,這個(gè)時(shí)候內(nèi)溫就升高,升高達(dá)到80度左右,化合物會(huì)逐漸的聚集和釋放出來(lái)。當(dāng)溫度達(dá)到130和250度的時(shí)候,隔膜就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)分解,同時(shí)會(huì)釋放出大量的溫度。溫度超過(guò)250度以后基本上就處于熱失控的一個(gè)邊緣了。所以我們一定要在事實(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)動(dòng)力電池內(nèi)部溫度的變化情況,實(shí)時(shí)的做出預(yù)警判斷和一些控制。

(4)我們提出的熱失控應(yīng)對(duì)策略就是四步,早期預(yù)警、智能判斷、提前干預(yù)、主動(dòng)滅火。

(5)第一個(gè)在早期進(jìn)行預(yù)警,然后根據(jù)我們的預(yù)警情況和傳感器的判斷和分析做出一個(gè)智能的判斷,提醒我們的人員進(jìn)行一個(gè)人工的干預(yù),或者在無(wú)人值守的其他控制器發(fā)出一個(gè)信號(hào),結(jié)合我們自主研發(fā)的一個(gè)滅火器來(lái)達(dá)到一個(gè)滅火的目的。

(6)火情預(yù)警控制系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)電池箱內(nèi)部類CO氣體、煙霧、溫度、火焰各探測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)參數(shù)及其變化值,使用數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)模型對(duì)參數(shù)變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析處理,智能判斷是否存在熱失控火情風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)動(dòng)力電池出現(xiàn)故障并開(kāi)始泄壓、發(fā)熱等,探測(cè)器可探測(cè)到異常變化,將火情發(fā)生的潛在階段、發(fā)煙階段、高溫階段及明火階段通過(guò)CAN總線或線束向駕駛員發(fā)出預(yù)警信號(hào),實(shí)現(xiàn)分級(jí)預(yù)警及控制啟動(dòng)滅火裝置,系統(tǒng)可以智能判斷并自動(dòng)啟動(dòng)滅火裝置以防止火情惡化,也可在緊急狀態(tài)下由人工啟動(dòng)滅火裝置。滅火裝置通過(guò)高效滅火劑在數(shù)秒內(nèi)控制火情,最大限度保護(hù)電池組安全。