0 引言
锂离子电池具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长和维护成本低等优点,在电动汽车领域发挥着不可替代的作用。然而清洁能源时代对锂离子电池的储能提出了更高的能量密度与循环寿命要求,同时带来了严重的热失控等系列安全问题。快速充放电过程诱发活性锂在阳极侧的非均匀沉积、固态电解质中间层(SEI)的再生与降解、高镍材料充电状态下的活性氧生成以及碳酸盐溶剂的气化与电解质的副反应等均极易导致电池着火、爆炸等系列安全问题,给人们的出行带来隐患。因此锂离子电池安全性能的提高势在必行。
锂离子电池性能检测是提高其安全性与可靠性的有效举措。目前世界范围内各组织均已制定或研讨有效的方法标准对电池的安全性能进行检测。2009年美国颁布的SAE J2929:2013标准《电动和混合动力电池系统安全标准》涉及到电池组和整车级别的安全性检测;2014年国际标准化组织(ISO)制定了标准ISO 12405-3:2014《电驱动车辆-锂离子电池动力包及系统检测规程 第3部分:安全性要求》针对电池组以及电池系统的安全性提出了要求,为汽车厂指明了可选择的检测项目以及检测方法;2015年中国发布了GB/T 31467.3-2015《电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统 第3部分:安全性要求与检测方法》标准,主要围绕电池单体以及模块提出了检测要求,给我国电动汽车检测提供了方法。
作为锂离子电池性能检测中最重要的安全性能检测,一直是人们关注的重点和难点,本文通过调查分析国内外标准关于过充电保护、过放电保护以及短路保护等安全性能检测的异同点,旨在建议我国关
于锂离子电池安全性能检测的发
展趋势,有效预防安全事故的发生,促进锂离子电池行业的健康发展。
1 电气安全性
1.1 过充放电
过充放电检测是检查过充电与过放电保护系统的功能性。该功能系统能够实现控制充放电电流的过载从而达到保护工作状态的电池设备免遭荷电状态超越最大极值或者低于最低极值诱发安全事故。电池组或者电池系统与整车级别的过充放电检测是有差异的。GB/T31467.3-2015明确提出锂离子动力蓄电池包和系统的过充放电保护检测,充电与放电保护的检测对象是工作状态的所有检测系统,检测电流倍率为1C,截止条件为电池的管理系统能够发挥应有的作用或者达到实验的终止条件。实验的终止条件相同的地方在于终止电压与额定电压的系数关系以及实验的温度超过规定最高温度5o C,
过充电保护的截止电压是最高电压的1.2倍,过放电保护的总电压低于额定电压的25%。不同的地方是过充电保护检测要求的是电池的荷电量SOC 超过130%,过放电保护检测要求的是放电时间超过30min,过充放电保护检测均为实验结束后观察2小时。国际标准化组织针对于过充放电保护制定了ISO12405-1:2011与ISO12405-2:2012,这两种标准的适应的电池类型不同。前者适用于高功率密度
型电池,后者适用于高能量密度型电池。功率型电池的过充电检测的电流倍率为5C,过放电检测的电流倍率为1C;而能量型电池的过充电检测的电流倍率为2C;过放电检测的电流倍率为1/3C。电流倍率的变化受电池的应用方向影响,放电电流小能够实现电池的高容量与高能量,放电电流大能够实现电
别与模块检测的最大区别,可能考虑到汽车发生危险导致的严重后果吧。
1.2 短路保护
短路保护是指电池端强制发生短路时系统能够及时做出的应急保护。该条件可以较完全模拟电池的异常情况处
相同,检测的短路电阻为10-20mΩ,与高功率型电池不同。美国UL2580-2011标准规定的检测方法与国标相同,它强调了短路保护的重复性检测,重复性检测的电流大小不低于短路保护电流的15%,旨在强调短路保护的可重复使用周期。
SAE J2929:2013标准强调电池模块可以单独拆分开检
表1  不同规范标准中关于机械性能与环境安全性能的检测项目
检测项目
标准规范
ISO12405-1:2011ISO12405-2:2012ISO12405-3:2014SAEJ2929-2013UL2580-2013GB/T31485-2015
GB/T31467.3-2015振动
电池组件电池系统电池组件/电池系统电池组件/电池系统电池组件电池系统电池组件电池系统电池组件电池系
机械冲击
电池组件/电池系统电池组件/电池系统电池组件/电池系统电池组件/电池系统电池组件/电池系统电池组件电池系
碰撞
电池组件/电池系统电池组件/电池
系统挤压电池组件/电池系统电池系统电池组件/电池系统
电池/电池模块
电池组件/电池
系统针刺电池/电池模块
翻转电池系统电池组件
电池组件/电池
系统
跌落电池系统电池/电池组件电池/电池模块
电池组件/电池
系统
热冲击循环电池组件/电池系统电池组件/电池系统电池组件/电池系统电池/电池模块/电池组件电池组件/电池系统电池/电池模块
电池组件/电池
系统
电动汽车安全性
热稳定电池电池/电池模块
起火电池组件/电池系统电池模块/电池组件电池系统
电池组件/电池
系统浸泡电池组件/电池系统电池模块/电池组件电池系统电池/电池模块
电池组件/电池
系统过热电池组件/电池系统电池模块/电池
组件
电池系统
湿热
电池组件/电池系统电池组件/电池系统电池组件/电池系统电池组件/电池
系统
3 电池的热失控
热失控是电池安全研究中的关键科学问题,已经成为锂离子电池在电动汽车大规模应用的主要障碍。机械滥用、电滥用以及热滥用都可能导致电池的热失控。欧阳明高院士指出电池内部短路是最常见的热失控原因。热失控遵循链式反应的原理,电池内部的化学反应紧接着,此过程反应的温度急剧增加形成完整的链式反应。详细的说,电池的异常发热
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递。通信通道故障就是其中最主要的问题之一,会导致现有的配电网系统运行的结果出现问题,严重情况下还会出现瘫痪的问题的。因此,需要加强对通信系统的自动化建设,利用已有的通信资源,实现对故障信息的快速传递。
加强通信系统在配电网设备安装中的有效应用,还需要考虑配电网在运行中的问题,优化网架的地理结构。特别是在对电力管沟进行改造的时候,需要同步预留光缆敷设的位置,结合目前通信系统的特点,优化配电网结构,实现对配电网系统的自动化监测。由于对通信的可靠性要求比较高,“三遥”配电节点中也需要采用光纤专的网通信方式,实现了无线通信的有效性,可以及时发现其中的电路故障问题,从而进一步完善配电网故障检测的方案[6]。
5 结束语
为了促进我国电力事业在社会中的持续发展,需要优化配电网故障检测系统,加强对在线装置自动化技术的合理应用。同时,将其广泛应用于配电网设计方面,主要作用是提升
配电线路故障检测的质量,对其故障进行更加准确地定位,从而进一步保证配电线路运行的安全性。
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