「技術」鋰電池安全性監控手段

鋰離子電池因為具備高能量密度、高功率密度和長使用壽命的特點,被廣泛使用。但是目前電動汽車在市場上的佔有率並不高的原因

一是對電動車的安全性存在顧慮,二是對電動車的續航里程存在質疑。電動車的安全性主要體現在充電安全、使用安全以及靜態安全。安全的根本則是溫度的控制。


找到一種可靠的安全性檢測手段對於確保電動車的安全使用至關重要。近日鋰小π發現一種特別有效的監控儀器,紅外熱像儀。據瞭解,隨著電動汽車行業的蓬勃發展,我國相關法規標準也日益完善和提高,紅外熱像儀就是專門為此而被髮明的。該儀器是一種非接觸的溫度分佈成像檢測儀器,在產業鏈各環節均有大顯身手的應用。

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電池包安全測試

依據《GB/T 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》要求,汽車動力電池包應完成振動、機械衝擊、跌落、翻轉、模擬碰撞、擠壓、溼熱循環、海水浸泡、外部火燒、鹽霧、高海拔、過溫保護、短路保護、過充電保護、過放電保護等安全性測試。

但是,這些實驗往往耗時較長,且測試起來不太安全。例如在溫度衝擊試驗中,要求電池包在(-40±2)℃~(85±2)℃的交變環境中,極端溫度交變轉換0.5h,每個極端溫度中保持8h,循環5次,試驗後還需在室溫中觀察2h。如果防護措施不足極易對試驗人員造成傷害。有了紅外熱像儀,這些將不再是顧慮。

紅外熱像儀可以觀察電池包表面溫度分佈,輔助工程師驗證熱仿真、冷卻、保護等設計,發現肉眼無法觀察到的外殼疲勞、破裂、局部過熱等潛在隱患,避免著火和爆炸的發生。紅外熱像儀強大的功能為鋰電研發人員深度分析鋰電池及電池包熱失控提供了有效手段。


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▲電芯單體過充測試

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▲電池包高溫極限測試

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充電樁安全監測

在近兩年中,電動車充電樁使用時著火的惡性事件已經開始讓產業鏈相關人員加強了對充電樁的使用安全的關注。充電樁內部有電源模塊、充電控制器、計費控制單元、高壓絕緣檢測板、顯示屏等。還有鈑金件、熔斷器、繼電器、防雷等設備,發熱巨大。以60KW充電樁為例,按電源模塊轉換效率95%計算,僅電源模塊發熱量就達到60×0.05×1000=3000W,因此,散熱和溫度控制是充電樁研發必須關注的地方。


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依據《GB/T 18487.1-2015 電動汽車傳導充電系統 第1部分:通用要求》的11.6.1、11.6.2和《NB/T 33001-2010電動汽車非車載傳導式充電機技術條件》的6.4的規定,充電樁在額定負載下長期連續運行時,內部各發熱器件和各部位的溫升不得超過下表數值:


部件或器件

極限溫升k

功率開關器件

70

整流變壓器、電抗器B級絕緣繞組

80

與半導體器件的連接處

55

與半導體器件連接處的塑料絕緣線

25

母線連接處

銅-銅50 / 銅搪錫-銅搪錫 60

《GB/T18487.1-2015 電動汽車傳導充電系統 第1部分:通用要求》的11.6.3規定了在額定電流和環境溫度40℃條件下,充電樁表面的允許溫度值:

手握可接觸的表面

金屬部分

50℃

非金屬部分

60℃

用戶可接觸但

不能手握的表面

金屬部分

60℃

非金屬部分

85℃

紅外熱像儀在充電樁研發、測試、安裝、質檢等環節發揮巨大作用,充電樁的關鍵檢測位置如下圖所示:


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▲控制/電源等電路板的檢測

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▲電感檢測

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▲斷路器檢測

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▲熔斷器檢測

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▲連接頭檢測


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電機與電機控制器熱監控


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電機在高速運轉時會產生繞組銅損、定子鐵損、軸承摩擦等熱量,這些熱量需要通過對流和輻射帶走。紅外熱像儀雖不能直接檢測電機內部溫度,但可直觀獲取電機表面溫度分佈的熱像圖,評估散熱方案的效果。同時,紅外熱像儀在《GB /T 18488.1—2015電動汽車用電機及其控制器第1 部分: 技術條件》、《GB /T 18488.2—2015電動汽車用電機及其控制器第2 部分: 試驗方法》、《GB755-2008 /IEC60034-1:2004旋轉電機 定額和性能》規定的溫升測試中作為輔助儀器使用,以提高測試效率。利用紅外熱像儀可以對電機和電機控制器的溫度進行可視化監控,大大降低了散熱方案的評估難度。下面是幾個關鍵位置的熱像圖。


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▲電子轉子熱像圖

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▲電機表面分佈

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▲電機模擬負載檢測

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▲電機軸承摩擦溫升

電機控制器由電子控制模塊、驅動器、功率變換模塊等組成,這些電路板的可靠運行直接關係電動汽車的駕駛體驗和用戶安全,紅外熱像儀可以幫助研發人員進行溫度檢測並優化散熱設計。


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▲電機控制器熱像圖


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