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動力電池系統安全分析與防護設計

發布時間: 2015-08-17 10:25:42    來源: 電動汽車資源網    作者: 夏軍
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[摘要]動力電池系統安全防護的根本原則:阻止電能和化學能在系統正常運行狀態和某些非正常狀態(法律法規、標準所規定的情況,以及典型的失效情況),以不可控的方式釋放,或減輕其不可控釋放所帶來的危害。

  燃燒:化學能轉化為熱能、光能等

  爆炸:化學能轉化為熱能、光能,并伴有巨大的機械能

  動力電池系統的電特性:

  · 輸出電壓通常高達300V以上(直流60V以上為非安全電壓)

  · 存儲的能量達到kWh級別(1kWh=3.6MJ)

  影響:動力電池系統的電壓等級和能量足以造成電擊傷亡事故

  動力電池系統的化學特性:

  · 電池單體中的電解液和系統中的塑料部件是可燃物,金屬鋁在高溫下也會燃燒

  · 電池單體中的正負極材料是氧化劑

  · 電池單體中的放熱副反應會引起溫度快速上升,成為火源

  影響:動力電池系統具有燃燒發生的一切要素

  動力電池系統的機械特性:

  · 為了防水防塵,呈空間密閉狀態

  · 為了經受強烈的機械載荷,殼體材料具有足夠的強度

  影響:動力電池系統在發生劇烈燃燒時,有發生爆炸的可能性

  2. 電擊分析

  動力電池系統為非安全電壓的直流電系統,所造成的電擊危害為人體直流觸電。

  構成直流觸電的基本要素:

  · 電壓等級超過安全電壓標準(直流60V)

  · 存儲的電荷達到一定能量等級(幾百焦耳的電能足以致命)

  · 人體與高壓直流電的兩級構成放電回路

  直流觸電發生的必要條件是帶電物體的正負極必須與人體構成放電回路,直流觸電的發生概率和危害都小于交流觸電,交流觸電只要人體接觸某一相線,即可在相線、人體和大地之間構成放電回路。

  導致動力電池系統發生觸電的可能原因:

  · 外殼或高壓端口的接觸防護失效,人體同時接觸到兩個裸露的電極,構成放電回路

  · 正負極與殼體的絕緣都失效,動力電池系統的外殼不同部位帶電且電位不等(電位差大于60V),人體同時接觸到這兩個帶電部位,構成放電回路

  第一種情況的發生概率和危害要高于第二種情況,如安裝、拆卸、維護、充電時均有可能發生,第二種情況一般可以通過等電位的方式來做附加防護。

  3. 燃燒和爆炸分析

  相對于電擊而言,燃燒和爆炸是動力電池系統最為常見的危害表現形式,造成的影響更為嚴重。

  導致動力電池系統發生燃燒或爆炸的可能原因:

  · 電芯的放熱副反應導致熱失控,引燃電解液、隔離膜和其他可燃物質

  · 局部連接阻抗過大,導致溫度上升,達到著火點溫度,引燃動力電池包內部的可燃物質

  · 動力電池包外部發生火災,導致動力電池包溫度持續上升,達到著火點溫度,引燃內部的可燃物質

  針對電動汽車的使用情況而言,第一種情況的發生概率最高,危害最大。電芯的放熱副反應導致熱失控,是動力電池系統發生燃燒或爆炸的主要原因。

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