《动力电池及管理技术》课件-任务四 动力电池的安全保护分析

项目五

BMS任务四动力电池的安全保护分析《动力电池及管理技术》动力电池是由数千个单体电池按照一定的连接方式组合起来的

，这些电池在使用的过程中不一定完全一致

，电池管理系统就是通过监测这些电池的电压、电流、温度等信息

，对它们进行有效管理

，从而控制动力电池的充电和放电过程

，提高动力电池使用过程中的安全性

，延长动力电池的使用寿命。本项目主要介绍电池管理系统的功能及基本构成、动力电池的数据采集、动力电池的状态评估、动力电池的安全保护、动力电池的能量控制管理、热管理及信息管理。通过本项目的学习

，应知道电池管理系统的功能及基本构成

，了解动力电池的数据采集方法

，掌握SOC和SOH评估的含义和意义

，熟悉常见的动力电池安全保护措施

，知道动力电池是如何进行能量控制管理、热管理及信息管理的

，并能认知动力电池系统的实物及内部结构组成

，能利用电池管理系统进行动力电池的数据采集。能力目标1.能总结动力电池故障分级及其相应处理方式。素质目标1

.培养学生自主学习、搜集信息

、

制定计划的

能力。2

.培养学生养成规范操作

、

安全第一

的意识和

习惯。知识目标1.掌握动力电池产生事

故的主要原因。2.了解动力电池的安全

控制策略。任务描述动力电池为什么容易起火爆炸？

起火爆炸的具体原因是什么？

动力电池内部是如何保证电池的

安全？

如何正确使用动力电池从

而保证不发生事故？

对于发生的

动力电池事故该采取哪些应急手

段？

带着问题我们一起进入下面

的学习吧。任务引入自从动力电池开始广泛应用以来，由于使用不当而引发电池自燃甚至发生爆炸事件的报道频繁不断

，

尤其是

近几年在电动汽车领域出现的动力电

池自燃事件更是引发了科学界的普遍

关注

。

电池的使用安全性问题是制约

大功率锂离子电池推广的主要原因之

一

，

同时也是电动汽车发展的一大障

碍

，

亟待能有完善的解决方案。安全管理和控制功能是过电压和过电流控制

、

过放电控制

、

防止温度过高、

在发生碰撞的情况下关闭电池

，

安全

管理系统最重要的是及时准确的掌握

电池各项状态信息

，

在异常状态出现

时及时发出报警信号或断开电路

，

防

止意外事故的发生。任务引入动力电池作为新能源汽车的主要动力来源

，

对新能源汽车至关重要

。

但同时动力电

池也是新能源汽车事故的一个主要因素

，

电

池在正常工况情况下

，

电池充放电或者能量

转换的速度是可控的

，

但是能量是以电的形

式

，

如果发生短路

，

能量释放速度又非常快，

就会导致热量大量积聚

，

当速度达到不可控

的时候就会发生爆炸起火

，

图4

-

7所示的是

电动汽车汽车发生起火燃烧事故的现场。一、

动力电池安全事故危害近几年的电动汽车起火燃烧事故数量持续升高

，根据不完全统计

，

2021年全年被媒体报道的电动汽车起火燃烧事故共276起

，相比2020年增长了123%。排除2020年上半年疫情

影响

，仅从5月份到12月份的事故来看

，

2021年事故数量相比2020年增幅93.9%。表4-4

罗列了国内2021年1月到3月发生电动汽车起火事故

，从场景来看

，

既有在充电时候发生安全事故的

，也有行驶过程当中的

，还有停放过程当中的

，应该说电动车的安全事故

，

覆盖了车整个全场景的使用环节。随着国内电动汽车保有量的快速增长

，

电池汽车安全性问题备受业内关注。一、

动力电池安全事故危害一、

动力电池安全事故危害一般来说

，

锂离子电池出现安全问题表现为从已发生安全事故的电动汽车燃烧甚至爆炸

，

出现这些问题的根源在于电来看

，

接近六成是由于电池安全池的热失控

。

造成锂电池热失控

，

一方面是问题导致的事故

，

所以电池安全电芯内部本身有缺陷

，

例如电芯电压不平衡，应该说是整个新能源车安全事故使用老化或者电芯内产生枝晶现象从而造成的核心

。目前

，

市场上电动汽车短路

。

由此

，

电池组本身的BMS

、

内部结构以三元锂电池和磷酸铁锂电池使设计

、

电芯质量

、

工艺管理等都非常重要。用最为广泛。另一方面

，

由外部撞击产生放热

，

也会导致二、

动力电池产生事故的原因热失控。10%7%15%68%二、

动力电池产生事故的原因

1

2

3

4标

。

一般情况下

，

将车辆故障进行分级

，

这样整车控制器处理更加高效

。

具体故障分为三个级别

，

依次为严重故障

、

较严重故障

、

提示性故障。纯电动汽车安全

、

可靠

、

高效的运行是整车安全管理控制策略的主要目三、

安全管理控制策略汽车高压的安全管理规范必须满足国家标准GB/T18384-2020《电动汽车安全要求》。在安全隐患方面

，电动汽车与传统内燃机汽车不同的是

，前者大部份隐患与电关联

，伴随着整车各控制系统高压上

电的流程

，会存在高压电危险、电路短路等情况严重时会造成动力电池组温度上升进而起火

，甚至会发生爆炸等危及乘员人身安全的问题。后者一般不会有高压电这方面的隐患存在

，即使在车辆发生翻车、碰撞等交通事故时

，但会存在油箱爆炸等危险的情况。而电动车发生上述交通事故时

，有可能会造成动力电池组高压线路的短路或电池电解液的泄漏等严重问题。当遇见雷雨天气会涉水路段

，电动车有可能由于底盘不高造成电池组涉水

，当电池组防水性不佳时，

同样会给乘员造成生命安全危险，为了保证人员的安全

，各用电设备上电后需进行自检。三、

安全管理控制策略在电池管理系统的功能模块中

，

也增加了相应的安全的功能：能完全执行充电设备的请求01

充电和停止充电的指令。绝缘状态异常时

，

应及时切断继电器。监控温度

，

避免过温的情况出现。监控单体

，

避免出现过充电的情况。电压过压和欠压的情况应被避免。三、

安全管理控制策略05020304

由

于动力电池在使用过程中易引发安全事故

，

故需要对动力电池进行安全防护

，

主要从以下几方面考虑：1

.

防止过充电功能

。

过充电是指超过各单体电池具有的上限充电电压充电

。

过充电不仅会引起电池性能下降

，

有时甚至会引起发热或

冒烟等

。

因此

，

需要监视各单体电池电压

，

控制充电电流和再生电

流不超越上限电压

，

杜绝过充电。动力电池十大安全问题包括：

1

.

电芯安全

2

.成组安全

3

.

电池管理

4

.

设计安全

5

.充电安全

6

.使用安全

7

.安全预警

8

.

日常维护

9

.安全保护

10

.安全等级划分。四、

动力电池保护及注意事项2.防止过放电功能。

过放电是指低于单体电池内部使用的化学物质具有的固有下限电压放电。

出现过放电时

，

电池内部会发生异于常态的化学反应

，导致内部物质不可逆变化

，之后电池就无法再继续使用。

因此

，

必须避免行驶时各单体电池电压低于下限电压

，

需要实施抑制输出电流的控制。

此外

，

电池在剩余容量少的状态下长期放置时

，会自放电

，也可能导致过放电

，所以点火开关在关闭状态，不在电池管理系统控制之下时

，充分确保单体电池自身安全至关重要。四、

动力电池保护及注意事项3.

电压均衡功能

。

如前所述

，

把若干单体电池串联连接使用的电动汽车十分常

见

。

这种情况下

，

各单体电池的电压不

均衡时

，

电压最低的单体电池会影响整

体性能

，

电池组无法获得应有性能

。

为

改进这种情况

，

通常多数会在模块管理

单元和电池管理单元等中设置电压均衡

电路

，

将在下一节介绍。除此之外

，

电动汽车上还采用了烟雾报警

、

绝缘检测

、

自动灭火

、

过

电压和过电流控制

、

高压互锁

、

预

充

、

防止温度过高

、

在发生碰撞的

情况下关闭电池等多种安全保护性

措施。四、

动力电池保护及注意事项动力电池长期存放可能会发生漏液

，

生锈

，

鼓胀现象；

如操作不当可能发生发热

，

燃烧或爆炸等现象

，

所以对待动力电池要重点关注

，

相关的

处理方法如下：（

1

）

生锈的处理方法生锈通常见于如圆柱类的锂电池（三元聚合物锂电池不存在此现象）

。初期

、

轻微的生锈不会影响锂电池的性能

，

可以正常使用；

如生锈严重（如盖帽部位）

将影响电池密封性能而漏液

，

必须报废处理。五、

动力电池应急处理方法（

2

）

漏液或鼓胀的处理方法漏液是指电池中的电解液泄漏出来

，

通常会有刺鼻的气味。电解液有很强的腐蚀性

，

将导致电池保护板元器件损坏

，

如是三元聚合物锂电池将会发生鼓胀

。

漏液和鼓胀的电池必须挑选出来

，

作报废处理。正常温湿度环境条件下

，

电池不会产生发霉

、

变色现象

，

如果发生漏液将会产生此类不良现象。五、

动力电池应急处理方法（4

）

燃烧或爆炸处理方法如果发生燃烧或爆炸现象

，

是非常危险的，人员必须远离；电池燃烧不会产生明火，通常是因高温点燃旁边易燃品或包装外箱，在做好防护措施的前提下

，

如单个或极少

数电池燃烧或爆炸的灭火方法：

使用沙子

直接覆盖燃烧或爆炸的电池

。

如果是大面

积的燃烧使用干粉灭火器灭火

，

严禁使用

水灭火

，

因为水将导致电池短路。（