新能源电动汽车电池包安全解决方案

20XX中国电动汽车电池包轻量化创新技术及工艺论坛

电动汽车电池包安全解决方案

东北大学

前言汽车安全是头等大事，是买汽车的第一选项，是制造汽车者的首要责任。截至2017年底，国内新能源汽车保有量已超过160万辆，占全球新能源汽车保有量的50%,着火事故频发。

据国家质检总局缺陷管理中心10月31号公告称：“2018年发生新能源汽车起火事件40余起。”督促5个企业召回24个车型，35600辆缺陷电动汽车。

电动汽车起火是由于动力电池包内电源短路造成的，因此，动力电池包不安全是抑制电动汽车发展的关键问题，必须给电动汽车提供安全的动力电池包。

东北大学

一、电动汽车着火事故1、特斯拉汽车发生的事故特斯拉在外国发生的着火事故。车型

时间

地点

原因2013,10,1美国西雅图南部公路

行驶中车辆自燃2013,10,18墨西哥高速行驶

碰撞后起火并爆炸MODELS2013,11,7美国田纳西州士麦那

行驶中车辆自燃2013,11,15美国加州奥兰治县居民车库

充电起火2014,2初加拿大多伦多居民车库

自燃

2014,7,4洛杉矶高速公路

行驶自燃

东北大学

车型时间地点原因特斯拉2014,2,19沈海高速广州支线碰撞护栏再撞车起火燃烧

2017,6,11山东日照碰撞护栏后起火燃烧Models2017,3,4上海金桥特斯拉充电站两台充电时电池起火燃烧众泰朗悦2011，4杭州电动出租车自然着火比亚迪E62012,5

出租车被撞燃烧，车内3人遇难比亚迪E62015,11,20深圳出租车被面包车撞，起火燃烧国内部分电动汽车起火案例据不完全统计，2016年发生电动汽车着火事件25起，2017年发生14起，而2018年截止到现在，共发生40起。列表如下：

东北大学

2018年电动汽车40起着火事故中典型案例

东北大学

车型时间地点原因电动大巴2012,9,1合安高速庐江段行驶自然电动大巴2014,10,7京港澳高速漯河段行驶自然电动大巴2014,11,13沈海高速上行驶自然电动大巴2015,4,6成绵高速行驶自然电动大巴2015,4,14广州机场高速行驶自然电动大巴2015,4,26深圳湾充电充电自然电动大巴2016,4,28福银高速长途客车起火燃烧8人死亡电动大巴2016,6,26湖南郴州宜章县碰撞起火35人死亡电动大巴2016,7,7南京玄武区两辆车泡水后短路燃烧电动大巴2017,7,15成都绕城高速行驶自然电动大巴2017,7,21湖南长沙机场高速行驶自然2人死亡，10人伤电动大巴汽车着火案例

东北大学

二、电动汽车主要着火原因分析

1、汽车自燃原因

行驶过程中电池包中正负电极短路着火。电池包在底盘处，下部若撞击障碍物或受到强力颠簸，电池受损或漏液短路；充电时接头或局部高温造成不绝缘短路；泡水后不绝缘短路。遭受撞击或强力颠簸短路；；电池漏液或水泡短路；电池接头或局部过热短路。解决办法：阻尼强力颠簸；缓冲障碍物撞击；避免遭水泡；降低接头电流密度避免过热。

东北大学2、碰撞着火原因电动汽车遭受高速碰撞时，电池包遭受强力冲撞、振动，汽车变形导致电池包也挤压变形，电池组块相互挤压、叠落，损伤破裂与短路，引起着火、甚至爆炸，全车烧毁（图为特斯拉碰撞燃烧）。主要原因：电池遭受强力冲撞短路；

电池块挤压、叠落短路；

电池颠、挤出液体短路。解决办法：设法消除对电池冲撞力、消除对电池撞击动能；避免电池组块挤压、叠落短路。

东北大学

特斯拉电池包位置凌凯汽车电池包比亚迪电池包典型新能源汽车电池包结构

东北大学三、电池包箱存在的问题

铸铝电池包箱铸钢电池包箱塑料电池包箱

电动汽车采用铸钢电池包箱、铸铝电池包箱、塑料电池包箱。

东北大学

频发的事故表明，使用这些电池包箱的动力电池包不安全，存在的主要问题如下：

1、没有减震功能；

2、没有抑制颠簸性能；

3、没有吸能防撞功能；

4、钢制与铝制包箱没有电绝缘性能；

5、塑料包箱易燃烧。理想电池包箱需要具有的性能：

1、能减震、阻尼振动；

2、抑制颠簸；

3、吸受撞击动能，减少对电池冲击；

4、具有电绝缘性能，减少短路机会；

5、不易燃烧。

东北大学

四、解决电池包安全措施之一

采用性能可靠的电池包箱--泡沫铝电池包箱

泡沫铝电池包箱的特点：

1、吸收撞击动能，每立方米吸收1万~1.5万KJ；

2、阻尼振动波，20mm厚度阻尼峰值500Mpa，10mm厚度阻尼峰值250Mpa振动。电池包箱底部可以采用10~20mm厚度泡沫铝，可以阻尼250~500Mpa峰值的振动；

3、隔热，热传导系数为0.5w.m.K,降低着火几率；

4、电绝缘，可以进行阻燃橡胶喷涂或贴面，减低电池短路几率；

5、质量轻，密度为0.6左右。

东北大学

德国泡沫铝电池包箱，德国在中国推泡沫铝电池包箱，是德国弗朗霍夫研究所技术，采用粉末冶金法制造，箱壁8mm，抗压强度4Mpa～8Mpa。优点：与面板结合牢固；缺点：泡沫铝不均匀，造价很高。

东北大学

中国泡沫铝电池包箱设计：采用泡沫铝板与铝板黏贴夹芯板制作，泡沫铝孔气均匀，强度高，达到5Mpa～10Mpa。减震和屏蔽电池波效果好，造价低，为德国造价的50%。底部厚度10～20mm，20mm厚度阻尼500Mpa峰值的振动，壁厚10mm，铝面板0.5mm厚度，黏结夹芯板。

东北大学

泡沫铝电池包箱专利介绍

本专利涉及一种用泡沫铝/铝板夹芯板制造的电池包箱，包括，泡沫铝夹心底板、侧壁和隔板；内侧壁表面为铝板原始表面、氧化涂层表面、喷涂陶瓷表面或橡胶涂覆表面或粘贴橡胶，以利于电池块间电绝缘。

电池包箱中侧壁与底板间、隔板与底板间、隔板与侧壁板间用高强胶粘接并角间采用用角铝加固。

东北大学

五、解决电池包安全措施之二

减少碰撞对电池包的冲击强度。众多撞车事故表明，钢制防撞梁、铝制防撞梁都不能保护汽车和人安全。保险杠不保险作用，防撞梁不起防撞作用。

泡沫铝防撞梁能够消除反作用力，消除撞击吸能，电池包免受冲击力作用，保电池包和车安全。

东北大学泡沫铝防撞梁是中国自己发明的，德国奥迪A8用的是泡沫铝保险杠。有些人怀疑泡沫铝防撞梁，可以简单化理解。假若汽车与碰撞墙体间有厚棉花包，棉花包吸收全部碰撞动能，消除反作用力，汽车安全，人安全。泡沫铝防撞梁吸收全部碰撞动能==棉花包

东北大学1、泡沫铝防撞梁的益处：1）高速碰撞时车身不变形

无泡沫铝防撞梁车身严重变形，人被挤压，电动车电池包短路，着火，车毁人死伤；

有泡沫铝防撞梁，车身纵梁不变形，电池包不变形，不短路着火，减少人员死伤率；对方被撞汽车也减少伤害几率。

东北大学

2）加速度减小无泡沫铝防撞梁时：有泡沫铝防撞梁时：

<碰撞瞬间加速度显著降低，电池包遭受加速度力减少。＋a1反电池包遭受加速度力大，叠加碰撞，易短路着火。

东北大学

3）碰撞后经济损失显著降低

50Km以上速度碰撞后经济损失对比：

纵梁、发动机、驾驶舱损坏，车烧毁。

保险杠、泡沫铝防撞梁及水箱维修、更换即可无泡沫铝防撞梁车

有泡沫铝防撞梁车损失几万～几百万元

只损失几千元

东北大学

2、泡沫铝防撞梁制作方法：

专利号：

ZL201720736570.6前泡沫铝防撞梁如图所示，背板3mm钢板，垂直高度130mm，水平厚度150mm。泡沫铝与玻纤布复合，表面或层间复合玻纤织布。压缩强度5~10Mpa；抗撕裂强度>300Mpa。吸能量400KJ左右，是50Km/h速度撞击动能的2倍。

东北大学泡沫铝与玻纤复合防撞梁专利专利号：ZL201720736570.6专利技术转让方式：实施专利普通许可。

东北大学泡沫铝/玻纤织布复合防撞梁结构泡沫铝抗拉强度低，碰撞时易碎裂，为提高防撞梁抗撕裂强度，将泡沫铝与玻纤布复合，表面和层间复合，如图所示，玻纤抗拉强度达到1000Mpa以上。复合后压缩强度仍然5~10Mpa；抗撕裂强度>300Mpa。

东北大学A.前防撞梁B.后防撞梁C.侧部泡沫铝防撞梁（80mm×100mm×L）泡沫铝防撞梁规格

东北大学

3、

泡沫铝防撞梁安装方法①替代钢或铝盒防撞梁；②取消低速吸能盒；③取消前纵梁上低强度结构。

东北大学