動(dòng)力電池安全健康診斷技術(shù)

時(shí)間:2020-06-18 10:07來源:新能源汽車國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟 作者:綜合報(bào)道
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       為保障新能源汽車健康發(fā)展,其中動(dòng)力電池的安全性至關(guān)重要。6月5日，北京交通大學(xué)教授姜久春做客聯(lián)盟第6期微課堂，帶來了“動(dòng)力電池健康診斷技術(shù)”的精彩課程。
 
       一、研究背景
 
       2019年以來電動(dòng)汽車自燃起火事故仍然頻發(fā)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至2019年1-7月，國內(nèi)外媒體所報(bào)道的與動(dòng)力電池相關(guān)的電動(dòng)汽車安全事故達(dá)到40余起；2020年4-5月也是發(fā)生了多起電動(dòng)汽車自燃起火事故。姜久春表示，從電池材料體系來看，相當(dāng)多的事故車輛配備了三元鋰離子電池。從電池形狀來看，較多的事故來自于方殼電池。另據(jù)發(fā)現(xiàn)，事故發(fā)生時(shí)電動(dòng)汽車處于停置、行駛和充電這三種狀態(tài)的比例基本相當(dāng)。高比能量密度電池在提高車輛續(xù)航里程的同時(shí)也加劇了電動(dòng)汽車電池相關(guān)的安全事故。
       可以說新能源汽車作為國家七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)之一，國家從“十五”、“十一五”、“十二五”、“十三五”規(guī)劃中對新能源汽車的相關(guān)發(fā)展規(guī)模均有詳細(xì)的政策出臺，尤其是進(jìn)入“十三五”以來，國家加大推動(dòng)新能源汽車的發(fā)展，并就動(dòng)力電池的檢測、回收等，亦出臺了相關(guān)的政策法規(guī)。這些對規(guī)范動(dòng)力電池行業(yè)有序發(fā)展起到重要作用，不過姜久春強(qiáng)調(diào)，整體來看這些政策法規(guī)多聚焦行業(yè)準(zhǔn)入及電池回收，偏向于管頭管尾，但有關(guān)動(dòng)力電池在用過程的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)卻較少。
       他指出，從動(dòng)力電池安全事故原因分析來看，造成電池?zé)崾Э氐脑蛑饕莾?nèi)外短路發(fā)生時(shí)釋放出的大量熱量使得電池溫度急劇升高，誘發(fā)熱失控鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。對于漸變發(fā)展的內(nèi)短路，可依據(jù)電-熱特征在演變的初、中期進(jìn)行識別，從而可以避免內(nèi)短路發(fā)展到末期�？偠灾瑒�(dòng)力電池健康狀態(tài)診斷至關(guān)重要，受溫度場分布不均、電池位置不同等因素共同影響，同一電池組內(nèi)串聯(lián)電池的健康狀態(tài)和安全性不同，因此需要對每一個(gè)電池的健康狀態(tài)進(jìn)行診斷，以保證電池使用安全。
       二、磷酸鐵鋰電池&三元電池健康狀態(tài)診斷以及鋰離子電池安全預(yù)警策略
 
       首先重點(diǎn)講解了磷酸鐵鋰電池老化機(jī)制分析方法，指出鋰離子電池常見的老化機(jī)制有： 鋰離子損失、活性材料損失 、正極材料損失、負(fù)極材料損失。另外，每一種老化機(jī)制在電壓曲線(V-Q)上都有一種特定的變化; 容量增量分析法的基本原理是將鋰離子電池常用的電壓曲線進(jìn)行微分，來獲得容量增量和端電壓的關(guān)系：容量增量分析法最重要的一個(gè)優(yōu)勢就是將電池V-Q曲線上長且平坦的電壓平臺轉(zhuǎn)變?yōu)橐妆孀R的容量增量峰。因此，在容量增量曲線上可以觀察到V-Q曲線的微小變化并有助于對電池老化機(jī)理的識別。
       其次著重講解了三元電池老化機(jī)制分析。其中指出鋰離子電池不同SOC區(qū)間循環(huán)下衰減機(jī)理：電池在20%深度的分區(qū)間循環(huán)時(shí)，LLI是導(dǎo)致電池容量衰退的主導(dǎo)因素；在全區(qū)間循環(huán)電池的老化過程中LAMPE和LLI都占據(jù)了較高的比例；五個(gè)分區(qū)間循環(huán)相比， LAMPE在電池老化中占比在 0-20%SOC區(qū)間最大。
       關(guān)于鋰離子電池安全預(yù)警策略，他分析指出，從串聯(lián)電池組內(nèi)各單體電池恒流充電電壓曲線上提取多個(gè)反映內(nèi)部老化機(jī)理的特征參數(shù)，采用基于電池組一致性的電池單體離群檢測方法可快速篩選問題電池。另外他重點(diǎn)講解了基于特征參數(shù)演變軌跡拐點(diǎn)的電池容量跳水識別。
       三、總結(jié)

       從循環(huán)壽命比較上來看，磷酸鐵鋰電池循環(huán)壽命長，未出現(xiàn)容量加速衰退拐點(diǎn)； 三元電池循環(huán)壽命相對較短，出現(xiàn)了容量加速衰退的拐點(diǎn)。由電池老化帶來的電池故障主要有：電池老化不一致，個(gè)別電池出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)； 電池出現(xiàn)容量加速衰退拐點(diǎn)。對應(yīng)的電池安全預(yù)警策略則包括基于離群點(diǎn)檢測的安全預(yù)警方法（橫向?qū)Ρ龋┮约盎谔卣鲄?shù)演變軌跡拐點(diǎn)的電池容量跳水識別（縱向?qū)Ρ龋?/div>
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
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