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我們需要怎樣的電池包箱體_信瑞電池檢測

我們需要怎樣的電池包箱體_信瑞電池檢測

發布時間:2018-08-02 點擊次數:2806次 類別:我們需要怎樣的電池包箱體_信瑞電池檢測
電池包箱體,作為整個電源系統的承載,我們期望它發揮什么樣的作用?一般認為需要實現下面幾點功能:

防護等級,我們常說的IP等級,防塵防水性能,目的是為了避免灰塵和水對電池包內部的電芯、電氣元件、控制系統電路板等造成絕緣性能的影響,對金屬器件的腐蝕;

結構保護功能,形成一個封閉可控的空間,使得內部的元件避免受到外力的擠壓,保護電芯不會受到物理損傷,不發生變形,在有限沖擊和振動環境中不會發生內部短路。有人提出一個名詞“鋰離子電池機械完整性”指電池在受到機械過載條件下維持電池正常電化學功能的性質??梢哉f,鋰離子電池機械完整性,是電池包箱體結構防護功能的終極目的了。

熱防護功能,在有限空間內,減小甚至隔絕外界環境溫度對電池箱體內部電芯和電氣性能的影響,維持合理的工作溫度,最大化發揮電池性能,延長電池壽命。

電池包箱體
1 電池箱體保護功能缺失或者不完善,有怎樣的影響?

防護等級,達不到防塵防水要求,則電芯和電氣元件的環境條件處于不可控狀態。在一般工作環境中,過量的塵埃,會降低電器件絕緣性能。與之關聯的,電氣間隙和爬電距離,防護等級低的系統中,需要預留更大余量。濕度過高,除了對絕緣性能產生影響以外,還會引起鋰電池的自放電率上升,導體更容易腐蝕。進而系統內阻上升,充放電過程中,將有更多的電量轉化成歐姆熱消耗掉。

電動汽車尤其乘用車對于防護等級的要求,還有一個更為要緊的考量,就是保證電池包在車輛涉水過程中的安全。乘用車的底盤比較低,而電池包自重很大,大部分都布置在底盤下面。這就使得它幾乎成了電動汽車上,除了輪胎以外,距離地面最近的部分。遇到大雨天氣,電池包從泡泡水是很有可能發生的。一旦電池包內部進水,后果非常嚴重。電池短路,產生大量反應熱,引發鋰電池熱失控,短時間釋放更大能量,發生著火甚至爆炸也是非常有可能的。


結構防護,這個含義比較寬。首先是固定,電芯串并在一起,通過結構件形成模組;模組串聯形成一個完整的高壓電源。這心電芯、電氣元件、電連接器件,物理位置都必須是相對固定的,才能確保各自具備合理空間不至于發生擠壓、變形。因此,機構保護需要實現對內部器件的完全可靠的固定功能。其次,是箱體不能有過量的變形。箱體變形必然帶來對內部器件空間的擠壓,單體電芯的形變,意味著內部正負極的距離發生變化,設置直接貼合到一起,這就是內短路,后果必然會走到熱失控。最后,是箱體不能出現物理損傷。也就是電池包箱體不能因為外力外物的作用,自己破裂了,甚至外物直接穿過箱體進入了電池包內部,這肯定是結構防護的失效。曾經出現過這樣的案例,一臺電動汽車在路上開著開著,系統就報警了,強制停在路邊。后來檢查發現,有一個頭部不規則的鐵棒恰好被前面的車輛壓過彈起一定高度,待這兩車經過,直接插進電池包內部,一個典型的電池包箱體刺穿的故事。

熱防護,這里的熱防護,需要由箱體、熱管理系統甚至需要隔熱層設計等協同完成。電池包箱體,在這里起到的作用就是提供一個有限空間。鋰電池一般的工作溫度范圍在-20℃-50℃之間,如果在這個范圍以外的溫度下工作,則會對電池帶來傷害。溫度過低,充放電能力變差,如果強行充電更是會影響電池壽命。溫度過高,越過一個界限(一般認為這個界限是電芯隔膜的溶解溫度),電池將不可挽回的發生熱失控事故。因此,給鋰電池提供合適的工作溫度,不但是發揮其最佳性能的需要,更是安全的需要。

2 電池包箱體通過怎樣的手段,去實現以上三種功能性要求?

防護等級

對動力電池包,防護等級要求 IP67,這是針對標準《GBT 31467.3-2015 電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統 第3部分 安全性要求與測試方法》海水浸泡的要求來的。IP67具體要做到什么程度呢?6表示防塵等級,解釋為“塵密”,金屬線無法進入;7是防水等級,解釋為“短時間浸水”。

實現防護等級的方法,主要是對電池包箱體和上蓋之間的接縫對接方式的設計和處理,并需要注意很多加工制造的細節對密封性的影響。

1)預留的防爆通風孔,用防水單向閥封堵;

2)電池箱體的上蓋,下底都不能出現漏洞、縫隙,比如穿透箱體采用螺栓連接的形式基本就不能用了;

3)高低壓連接器安裝方式防護等級必須大于等于電池包的防護等級;

4)最主要也是最難的部分是設計上蓋和下底之間接觸面的密封形式。不同材質的箱體,具體密封形式也不完全相同。鈑金箱體,大多采用鈑金凹造型配合密封圈、密封泡棉等密封件的形式,也有的直接采用密封膠處理。鑄造箱體,可以在鑄件上設計密封槽,配合密封圈,一致性比較好。需要說明的是,選擇具體密封造型和密封墊材質的時候,除了考慮當前密封效果,還需要考慮整個密封結構的壽命、加工制造的便捷性以及維修拆裝的可能性。

結構防護

內部器件固定的可靠性,考察的是固定結構設計的強度、剛度,是每一個固定方式的設計過程決定的;箱體整體的變形量,主要影響因素是電池包的在車體上的固定方式和箱體結構設計的強度和剛度共同決定的;最后,抵御外物沖擊的能力,這個純粹是電池箱體暴露面的材質強度決定的。有人專門給容易遭受外物襲擊的位置設計裝甲保護層。

熱防護功能

熱管理系統的選擇,在很多系統中都與防護等級存在矛盾,在電池包這里也不例外。如果沒有人為干預,密封性越好,散熱冷卻的性能就越差。在防護等級有強制要求的情況下,熱管理需要在既定的防護等級基礎上進行設計。

在早期電池包中,最常用的冷卻方式是風冷。風冷自然需要電池包內部空氣與大氣發生對流才行,因此,不可能實現現在的IP67的防護等級要求。因此現在的電池包,基本不能再考慮純粹的風冷方案(也有例外,據說有研究設計了遇水可以自行封閉通風口的風冷系統,這個還比較高科技,暫時沒有在實際中應用)。

冷卻的方式很多,相變材料冷卻,熱管冷卻等都有人在進行研究試驗。但當前比較主流的還是水冷系統。有研究人員做過統計,繪制了一張表格,體現了當前一些主流國際車型的冷卻方案,如下表所示。
信瑞電池包箱體
輕量化

除了前面三大類要求以外,還有一個近年被越來越強調的追求,輕量化。電池包的一個擺在明面的考核指標就是系統能量密度,系統功率密度。這類指標,要求不能存儲能量的部分,重量越小越好。進而出現了很多替代傳統鈑金箱體的方案,除了已經被人們熟知的鋁合金箱體以外,還有碳纖維箱體、玻璃鋼箱體、特種塑料箱體等等,多種用于車身的替代材料,都在被研究應用于電池包箱體的可能性。這些新材料,在批量不夠的情況下,成本都非常高。另外,箱體質量的減少,或多或少會帶來結構強度的降低,需要我們在兩者之間做出權衡取舍。
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