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動力電池?zé)崾Э貓缶盘柌呗匝芯?/h1>
2021-04-22 20:52:46· 來源：電動學(xué)堂 作者：馬堃耀等
文章來源：上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心引言隨著電池技術(shù)的發(fā)展與國家政策的支持，新能源汽車在我國的應(yīng)用越來越廣泛。隨著新能源汽車保有量的增加，新 文章來源：上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心
引言
隨著電池技術(shù)的發(fā)展與國家政策的支持，新能源汽車在我國的應(yīng)用越來越廣泛。隨著新能源汽車保有量的增加，新能源汽車的事故也日益增多，2020年以來就報道了多起因新能源汽車動力電池起火導(dǎo)致的整車起火事故。動力電池起火引發(fā)的安全問題不容忽視，如果在動力電池起火前沒有任何的報警信號，乘員艙的人員無法知悉整車及動力電池的狀況，那么導(dǎo)致事故的危險性將會更加嚴(yán)重。
1熱失控及熱失控報警信號
動力電池?zé)崾Э刂傅氖请姵貑误w放熱連鎖反應(yīng)引起電池溫度不可控上升的現(xiàn)象，熱擴(kuò)散是指動力電池系統(tǒng)內(nèi)由一個電池單體熱失控引發(fā)的其余電池單體接連發(fā)生熱失控的現(xiàn)象。動力電池的熱失控導(dǎo)致了大量的新能源汽車起火事故，因此為動力電池?zé)崾Э貓缶⑾嚓P(guān)法規(guī)的需求非常迫切。我國在2020年5月發(fā)布了強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB38031《電動汽車用動力蓄電池安全要求》及GB18384《電動汽車安全要求》，規(guī)定電池包或系統(tǒng)由于單個電池?zé)崾Э匾馃釘U(kuò)散，導(dǎo)致乘員艙發(fā)生危險之前5min，應(yīng)提供一個熱事件報警信號，并且應(yīng)通過一個明顯的信號裝置向駕駛員提示。
2熱失控的原因
鋰離子電池?zé)崾Э氐脑蛲ǔＪ请姵匕l(fā)生了內(nèi)短路，電池內(nèi)短路造成電池溫度和內(nèi)部壓力急劇增加，電池的化學(xué)能在瞬間轉(zhuǎn)換成內(nèi)能，導(dǎo)致電池單體燃燒或爆炸。熱失控造成的高溫環(huán)境導(dǎo)致含有大量易燃易爆的電解液幾乎完全蒸發(fā)、分解，這進(jìn)一步加劇了熱擴(kuò)散。
3熱失控報警策略設(shè)計
3.1溫度、電壓變量
電池?zé)崾Э乩^而熱擴(kuò)散的整個過程中包含著非常復(fù)雜的物理及化學(xué)變化，在這些變化過程中電池的一些本征參數(shù)也會隨之發(fā)生變化，因此本文從這方面著手進(jìn)行熱失控報警策略設(shè)計。
電池的本征參數(shù)由電池管理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。電池管理系統(tǒng)是電池里一個包含了傳感器、控制器、控制、驅(qū)動開關(guān)以及信息通信儲存模塊等的電子控制系統(tǒng)。對電池電壓、電流和溫度進(jìn)行監(jiān)測是電池管理系統(tǒng)的最基本的功能。電池的電壓、溫度和電流的變化能反映電池的實時狀態(tài)。
本文在進(jìn)行熱失控報警策略設(shè)計時首先定義熱失控報警信號函數(shù)：
無熱失控報警信號：y=0。
有熱失控報警信號：y=1。
當(dāng)y=0時，無熱失控報警信號；當(dāng)y=1時，電池管理系統(tǒng)發(fā)出熱失控報警信號，傳送給整車控制器，整車控制器收到信號后繼而控制汽車其他零部件做出相關(guān)動作，提醒乘員艙內(nèi)人員逃生。
然后，建立熱失控報警的映射關(guān)系。y=（a，b，c，d，…）。
如下頁圖1所示是某動力電池電芯熱失控時的溫度、電壓變化圖，從圖中可以看出，在電芯熱失控發(fā)生時，溫度、電壓都發(fā)生了非常急劇的變化。因此，映射到熱失控報警信號y的參數(shù)a、b、c、d、...，可以在其中確定。
根據(jù)溫度、電壓的變化定義四個參數(shù)a、b、c、d：
a：若電池單體最低電壓低于設(shè)定值w則a=1，其余情況a=0；b：若電池單體電壓下降速率高于設(shè)定值x則b=1，其余情況b=0；c：若電池單體最高溫度高于設(shè)定值y則c=1，其余情況c=0；d：若電池單體溫度上升速率高于設(shè)定值z則d=1，其余情況d=0。
熱失控報警信號函數(shù)y=f（a，b，c，d）。
參數(shù)a、b表征相同的物理量，即電壓；參數(shù)c、d表征相同的物理量，即溫度。僅使用一個物理量的變化不能全面地反映熱失控的發(fā)生，所以需要將兩個物理量都考慮進(jìn)去。兩個物理量之間的參數(shù)為與的關(guān)系。而對于單個物理量，其中任意一個參數(shù)就可以反映其中的變化，所以同一物理量之間的參數(shù)為或的關(guān)系。由此得到函數(shù)映射關(guān)系如下：
y=ac+ad+bc+bd.
即當(dāng)電池單體最低電壓低于w且電池單體最高溫度高于y時，或電池最低單體電壓低于w且電池單體溫度上升速率高于z時，或電池單體電壓下降速率高于x且電池單體最高溫度高于y時，或電池單體電壓下降速率高于設(shè)定值x且電池單體溫度上升速率高于z時，發(fā)出熱失控報警信號。
因電池材料、型號、成組方式等對于不同的電池來說都有區(qū)別，所以電池單體最低電壓、電壓下降速率、最高溫度、溫度上升速率參數(shù)的設(shè)定值并不是唯一的，需要單獨(dú)確定。對一特定型號的電池包，需要經(jīng)過大量的試驗來確定這四個參數(shù)。
3.2時間變量
上節(jié)所述的四個參數(shù)的變化缺乏時間的約束，造成電池管理系統(tǒng)每次采樣都需要作判斷，而這不能避免某次誤報產(chǎn)生的影響，因此引入時間變量十分必要。
對時間變量T的定義如下：T=nt，t為采樣時間間隔。由于太長的時間段的電池特征物理量的變化不能準(zhǔn)確反映熱失控的開始，而且時間越久，對乘員艙內(nèi)的人員安全越不利，而太短的時間段又不能排除誤報的干擾。因此，n需要經(jīng)過大量的試驗確定，并且還要參考電池管理系統(tǒng)與電池的特性與狀態(tài)。n確定后即得到確定的T。對3.1提及的任一參數(shù)，當(dāng)變化達(dá)到T的持續(xù)時間時才認(rèn)為這一參數(shù)的條件判斷成立。
綜上所述，熱失控報警信號函數(shù)y=（fa，b，c，d，T）。
4結(jié)語
設(shè)計一個熱失控報警策略需要對熱失控發(fā)生時電池內(nèi)部的變化進(jìn)行仔細(xì)分析。因此，本文從熱失控發(fā)生過程中動力電池的一些物理量的典型變化入手，提出了一種用于熱失控報警的策略，在電池單體發(fā)生熱失控后根據(jù)策略給出報警信號，給乘員艙的人員足夠的逃生時間，避免進(jìn)一步造成人員安全事故。
2021-04-22 20:52:46· 來源：電動學(xué)堂 作者：馬堃耀等
文章來源：上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心引言隨著電池技術(shù)的發(fā)展與國家政策的支持，新能源汽車在我國的應(yīng)用越來越廣泛。隨著新能源汽車保有量的增加，新
文章來源：上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心
引言
隨著電池技術(shù)的發(fā)展與國家政策的支持，新能源汽車在我國的應(yīng)用越來越廣泛。隨著新能源汽車保有量的增加，新能源汽車的事故也日益增多，2020年以來就報道了多起因新能源汽車動力電池起火導(dǎo)致的整車起火事故。動力電池起火引發(fā)的安全問題不容忽視，如果在動力電池起火前沒有任何的報警信號，乘員艙的人員無法知悉整車及動力電池的狀況，那么導(dǎo)致事故的危險性將會更加嚴(yán)重。
1熱失控及熱失控報警信號
動力電池?zé)崾Э刂傅氖请姵貑误w放熱連鎖反應(yīng)引起電池溫度不可控上升的現(xiàn)象，熱擴(kuò)散是指動力電池系統(tǒng)內(nèi)由一個電池單體熱失控引發(fā)的其余電池單體接連發(fā)生熱失控的現(xiàn)象。動力電池的熱失控導(dǎo)致了大量的新能源汽車起火事故，因此為動力電池?zé)崾Э貓缶⑾嚓P(guān)法規(guī)的需求非常迫切。我國在2020年5月發(fā)布了強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB38031《電動汽車用動力蓄電池安全要求》及GB18384《電動汽車安全要求》，規(guī)定電池包或系統(tǒng)由于單個電池?zé)崾Э匾馃釘U(kuò)散，導(dǎo)致乘員艙發(fā)生危險之前5min，應(yīng)提供一個熱事件報警信號，并且應(yīng)通過一個明顯的信號裝置向駕駛員提示。
2熱失控的原因
鋰離子電池?zé)崾Э氐脑蛲ǔＪ请姵匕l(fā)生了內(nèi)短路，電池內(nèi)短路造成電池溫度和內(nèi)部壓力急劇增加，電池的化學(xué)能在瞬間轉(zhuǎn)換成內(nèi)能，導(dǎo)致電池單體燃燒或爆炸。熱失控造成的高溫環(huán)境導(dǎo)致含有大量易燃易爆的電解液幾乎完全蒸發(fā)、分解，這進(jìn)一步加劇了熱擴(kuò)散。
3熱失控報警策略設(shè)計
3.1溫度、電壓變量
電池?zé)崾Э乩^而熱擴(kuò)散的整個過程中包含著非常復(fù)雜的物理及化學(xué)變化，在這些變化過程中電池的一些本征參數(shù)也會隨之發(fā)生變化，因此本文從這方面著手進(jìn)行熱失控報警策略設(shè)計。
電池的本征參數(shù)由電池管理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。電池管理系統(tǒng)是電池里一個包含了傳感器、控制器、控制、驅(qū)動開關(guān)以及信息通信儲存模塊等的電子控制系統(tǒng)。對電池電壓、電流和溫度進(jìn)行監(jiān)測是電池管理系統(tǒng)的最基本的功能。電池的電壓、溫度和電流的變化能反映電池的實時狀態(tài)。
本文在進(jìn)行熱失控報警策略設(shè)計時首先定義熱失控報警信號函數(shù)：
無熱失控報警信號：y=0。
有熱失控報警信號：y=1。
當(dāng)y=0時，無熱失控報警信號；當(dāng)y=1時，電池管理系統(tǒng)發(fā)出熱失控報警信號，傳送給整車控制器，整車控制器收到信號后繼而控制汽車其他零部件做出相關(guān)動作，提醒乘員艙內(nèi)人員逃生。
然后，建立熱失控報警的映射關(guān)系。y=（a，b，c，d，…）。
如下頁圖1所示是某動力電池電芯熱失控時的溫度、電壓變化圖，從圖中可以看出，在電芯熱失控發(fā)生時，溫度、電壓都發(fā)生了非常急劇的變化。因此，映射到熱失控報警信號y的參數(shù)a、b、c、d、...，可以在其中確定。
根據(jù)溫度、電壓的變化定義四個參數(shù)a、b、c、d：
a：若電池單體最低電壓低于設(shè)定值w則a=1，其余情況a=0；b：若電池單體電壓下降速率高于設(shè)定值x則b=1，其余情況b=0；c：若電池單體最高溫度高于設(shè)定值y則c=1，其余情況c=0；d：若電池單體溫度上升速率高于設(shè)定值z則d=1，其余情況d=0。
熱失控報警信號函數(shù)y=f（a，b，c，d）。
參數(shù)a、b表征相同的物理量，即電壓；參數(shù)c、d表征相同的物理量，即溫度。僅使用一個物理量的變化不能全面地反映熱失控的發(fā)生，所以需要將兩個物理量都考慮進(jìn)去。兩個物理量之間的參數(shù)為與的關(guān)系。而對于單個物理量，其中任意一個參數(shù)就可以反映其中的變化，所以同一物理量之間的參數(shù)為或的關(guān)系。由此得到函數(shù)映射關(guān)系如下：
y=ac+ad+bc+bd.
即當(dāng)電池單體最低電壓低于w且電池單體最高溫度高于y時，或電池最低單體電壓低于w且電池單體溫度上升速率高于z時，或電池單體電壓下降速率高于x且電池單體最高溫度高于y時，或電池單體電壓下降速率高于設(shè)定值x且電池單體溫度上升速率高于z時，發(fā)出熱失控報警信號。
因電池材料、型號、成組方式等對于不同的電池來說都有區(qū)別，所以電池單體最低電壓、電壓下降速率、最高溫度、溫度上升速率參數(shù)的設(shè)定值并不是唯一的，需要單獨(dú)確定。對一特定型號的電池包，需要經(jīng)過大量的試驗來確定這四個參數(shù)。
3.2時間變量
上節(jié)所述的四個參數(shù)的變化缺乏時間的約束，造成電池管理系統(tǒng)每次采樣都需要作判斷，而這不能避免某次誤報產(chǎn)生的影響，因此引入時間變量十分必要。
對時間變量T的定義如下：T=nt，t為采樣時間間隔。由于太長的時間段的電池特征物理量的變化不能準(zhǔn)確反映熱失控的開始，而且時間越久，對乘員艙內(nèi)的人員安全越不利，而太短的時間段又不能排除誤報的干擾。因此，n需要經(jīng)過大量的試驗確定，并且還要參考電池管理系統(tǒng)與電池的特性與狀態(tài)。n確定后即得到確定的T。對3.1提及的任一參數(shù)，當(dāng)變化達(dá)到T的持續(xù)時間時才認(rèn)為這一參數(shù)的條件判斷成立。
綜上所述，熱失控報警信號函數(shù)y=（fa，b，c，d，T）。
4結(jié)語
設(shè)計一個熱失控報警策略需要對熱失控發(fā)生時電池內(nèi)部的變化進(jìn)行仔細(xì)分析。因此，本文從熱失控發(fā)生過程中動力電池的一些物理量的典型變化入手，提出了一種用于熱失控報警的策略，在電池單體發(fā)生熱失控后根據(jù)策略給出報警信號，給乘員艙的人員足夠的逃生時間，避免進(jìn)一步造成人員安全事故。
引言
隨著電池技術(shù)的發(fā)展與國家政策的支持，新能源汽車在我國的應(yīng)用越來越廣泛。隨著新能源汽車保有量的增加，新能源汽車的事故也日益增多，2020年以來就報道了多起因新能源汽車動力電池起火導(dǎo)致的整車起火事故。動力電池起火引發(fā)的安全問題不容忽視，如果在動力電池起火前沒有任何的報警信號，乘員艙的人員無法知悉整車及動力電池的狀況，那么導(dǎo)致事故的危險性將會更加嚴(yán)重。
1熱失控及熱失控報警信號
動力電池?zé)崾Э刂傅氖请姵貑误w放熱連鎖反應(yīng)引起電池溫度不可控上升的現(xiàn)象，熱擴(kuò)散是指動力電池系統(tǒng)內(nèi)由一個電池單體熱失控引發(fā)的其余電池單體接連發(fā)生熱失控的現(xiàn)象。動力電池的熱失控導(dǎo)致了大量的新能源汽車起火事故，因此為動力電池?zé)崾Э貓缶⑾嚓P(guān)法規(guī)的需求非常迫切。我國在2020年5月發(fā)布了強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB38031《電動汽車用動力蓄電池安全要求》及GB18384《電動汽車安全要求》，規(guī)定電池包或系統(tǒng)由于單個電池?zé)崾Э匾馃釘U(kuò)散，導(dǎo)致乘員艙發(fā)生危險之前5min，應(yīng)提供一個熱事件報警信號，并且應(yīng)通過一個明顯的信號裝置向駕駛員提示。
2熱失控的原因
鋰離子電池?zé)崾Э氐脑蛲ǔＪ请姵匕l(fā)生了內(nèi)短路，電池內(nèi)短路造成電池溫度和內(nèi)部壓力急劇增加，電池的化學(xué)能在瞬間轉(zhuǎn)換成內(nèi)能，導(dǎo)致電池單體燃燒或爆炸。熱失控造成的高溫環(huán)境導(dǎo)致含有大量易燃易爆的電解液幾乎完全蒸發(fā)、分解，這進(jìn)一步加劇了熱擴(kuò)散。
3熱失控報警策略設(shè)計
3.1溫度、電壓變量
電池?zé)崾Э乩^而熱擴(kuò)散的整個過程中包含著非常復(fù)雜的物理及化學(xué)變化，在這些變化過程中電池的一些本征參數(shù)也會隨之發(fā)生變化，因此本文從這方面著手進(jìn)行熱失控報警策略設(shè)計。
電池的本征參數(shù)由電池管理系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。電池管理系統(tǒng)是電池里一個包含了傳感器、控制器、控制、驅(qū)動開關(guān)以及信息通信儲存模塊等的電子控制系統(tǒng)。對電池電壓、電流和溫度進(jìn)行監(jiān)測是電池管理系統(tǒng)的最基本的功能。電池的電壓、溫度和電流的變化能反映電池的實時狀態(tài)。
本文在進(jìn)行熱失控報警策略設(shè)計時首先定義熱失控報警信號函數(shù)：
無熱失控報警信號：y=0。
有熱失控報警信號：y=1。
當(dāng)y=0時，無熱失控報警信號；當(dāng)y=1時，電池管理系統(tǒng)發(fā)出熱失控報警信號，傳送給整車控制器，整車控制器收到信號后繼而控制汽車其他零部件做出相關(guān)動作，提醒乘員艙內(nèi)人員逃生。
然后，建立熱失控報警的映射關(guān)系。y=（a，b，c，d，…）。
如下頁圖1所示是某動力電池電芯熱失控時的溫度、電壓變化圖，從圖中可以看出，在電芯熱失控發(fā)生時，溫度、電壓都發(fā)生了非常急劇的變化。因此，映射到熱失控報警信號y的參數(shù)a、b、c、d、...，可以在其中確定。
根據(jù)溫度、電壓的變化定義四個參數(shù)a、b、c、d：
a：若電池單體最低電壓低于設(shè)定值w則a=1，其余情況a=0；b：若電池單體電壓下降速率高于設(shè)定值x則b=1，其余情況b=0；c：若電池單體最高溫度高于設(shè)定值y則c=1，其余情況c=0；d：若電池單體溫度上升速率高于設(shè)定值z則d=1，其余情況d=0。
熱失控報警信號函數(shù)y=f（a，b，c，d）。
參數(shù)a、b表征相同的物理量，即電壓；參數(shù)c、d表征相同的物理量，即溫度。僅使用一個物理量的變化不能全面地反映熱失控的發(fā)生，所以需要將兩個物理量都考慮進(jìn)去。兩個物理量之間的參數(shù)為與的關(guān)系。而對于單個物理量，其中任意一個參數(shù)就可以反映其中的變化，所以同一物理量之間的參數(shù)為或的關(guān)系。由此得到函數(shù)映射關(guān)系如下：
y=ac+ad+bc+bd.
即當(dāng)電池單體最低電壓低于w且電池單體最高溫度高于y時，或電池最低單體電壓低于w且電池單體溫度上升速率高于z時，或電池單體電壓下降速率高于x且電池單體最高溫度高于y時，或電池單體電壓下降速率高于設(shè)定值x且電池單體溫度上升速率高于z時，發(fā)出熱失控報警信號。
因電池材料、型號、成組方式等對于不同的電池來說都有區(qū)別，所以電池單體最低電壓、電壓下降速率、最高溫度、溫度上升速率參數(shù)的設(shè)定值并不是唯一的，需要單獨(dú)確定。對一特定型號的電池包，需要經(jīng)過大量的試驗來確定這四個參數(shù)。
3.2時間變量
上節(jié)所述的四個參數(shù)的變化缺乏時間的約束，造成電池管理系統(tǒng)每次采樣都需要作判斷，而這不能避免某次誤報產(chǎn)生的影響，因此引入時間變量十分必要。
對時間變量T的定義如下：T=nt，t為采樣時間間隔。由于太長的時間段的電池特征物理量的變化不能準(zhǔn)確反映熱失控的開始，而且時間越久，對乘員艙內(nèi)的人員安全越不利，而太短的時間段又不能排除誤報的干擾。因此，n需要經(jīng)過大量的試驗確定，并且還要參考電池管理系統(tǒng)與電池的特性與狀態(tài)。n確定后即得到確定的T。對3.1提及的任一參數(shù)，當(dāng)變化達(dá)到T的持續(xù)時間時才認(rèn)為這一參數(shù)的條件判斷成立。
綜上所述，熱失控報警信號函數(shù)y=（fa，b，c，d，T）。
4結(jié)語
設(shè)計一個熱失控報警策略需要對熱失控發(fā)生時電池內(nèi)部的變化進(jìn)行仔細(xì)分析。因此，本文從熱失控發(fā)生過程中動力電池的一些物理量的典型變化入手，提出了一種用于熱失控報警的策略，在電池單體發(fā)生熱失控后根據(jù)策略給出報警信號，給乘員艙的人員足夠的逃生時間，避免進(jìn)一步造成人員安全事故。
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