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?什么才是「有價(jià)值」的電池安全實(shí)驗(yàn)?

2021-11-02 21:30:29·  來源:焉知新能源汽車  
 
「電池安全」,這是一個(gè)老詞了,從可穿戴電子設(shè)備到電動(dòng)汽車,圍繞這個(gè)詞所展開的技術(shù)研發(fā)與探索就沒有停止過。因?yàn)楸WC電池安全,背后的核心是保證「人」的安全
「電池安全」,這是一個(gè)老詞了,從可穿戴電子設(shè)備到電動(dòng)汽車,圍繞這個(gè)詞所展開的技術(shù)研發(fā)與探索就沒有停止過。因?yàn)楸WC電池安全,背后的核心是保證「人」的安全。
 
因此,當(dāng)電要替代油成為汽車主要的能源方式時(shí),保證它的安全變成了一門必修課。

從全球各大車企的投入來看,我們毫不懷疑他們對(duì)于解決電動(dòng)汽車「電池安全」的決心,但動(dòng)力電池的運(yùn)用時(shí)間還太短,最起碼在乘用車領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用時(shí)間還太短,結(jié)果就是,行業(yè)內(nèi)沒太多關(guān)于動(dòng)力電池安全測(cè)試的通行方案。

目前,已有的測(cè)試方案也大多是從消費(fèi)電子領(lǐng)域借鑒而來,通過針對(duì)汽車特別優(yōu)化后用于汽車測(cè)試。所以車企不僅要努力研發(fā)技術(shù),還得讓用戶感知到自己對(duì)解決安全問題做出決心。
也就是說,做更加貼近用戶真實(shí)使用場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)會(huì)是更好的解決方法,下面我們就展開來看看。

電池安全測(cè)試方法
動(dòng)力電池安全測(cè)試可以劃分為兩個(gè)部分:電池包本體測(cè)試、電池管理系統(tǒng)測(cè)試。

一、電池包本體測(cè)試。
電池包本體測(cè)試一般在設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段進(jìn)行,目的是為了驗(yàn)證電池包的設(shè)計(jì)/生產(chǎn)是否符合設(shè)計(jì)要求。
其中包含:溫度測(cè)試、機(jī)械測(cè)試、外部環(huán)境模擬測(cè)試、低壓電氣測(cè)試、電磁兼容測(cè)試、電氣安全測(cè)試、電池性能測(cè)試、濫用試驗(yàn)測(cè)試等等。
這里面的試驗(yàn)眾多繁雜,在這里主要介紹影響電池使用安全的電池包濫用試驗(yàn)。

1、針刺測(cè)試。
模擬電池遭到尖銳物體刺穿時(shí)的場(chǎng)景,因?yàn)楫愇锎倘肟赡軐?dǎo)致電池內(nèi)部短路,試驗(yàn)要求不起火不爆炸,這也是去年到現(xiàn)在被應(yīng)用最火的測(cè)試方法。
它的優(yōu)勢(shì)是,可以模擬電池被外部物體穿刺出現(xiàn)的熱失控,觀察熱失控后的起火現(xiàn)象,然后針對(duì)性優(yōu)化。
缺點(diǎn)也很明顯,針刺大多數(shù)情況下只能模擬單個(gè)電芯短路后引起的熱失控,但在真實(shí)場(chǎng)景下受擠壓后可能不止一個(gè)電芯短路,那么熱失控的能力釋放也會(huì)不同。
2、鹽水浸泡
5% 鹽水長(zhǎng)時(shí)間浸沒測(cè)試,電池功能正常,目前,新能源電池包防水防塵等級(jí)推薦是 IP67,汽車的使用環(huán)境惡劣,需要增強(qiáng)IP防護(hù)。
3、外部火燒
590℃ 火燒持續(xù) 130 s,電池?zé)o爆炸、起火、燃燒并且無火苗殘留。
4、跌落
電池在 1 m 高度下自由落體在鋼板上,電池殼體完整,功能正常。
5、振動(dòng)測(cè)試
高頻振動(dòng)模擬測(cè)試,要求電池包功能正常。

二、電池管理系統(tǒng)測(cè)試。
電池管理系統(tǒng)的測(cè)試一般為軟件測(cè)試,在軟件功能開發(fā)過程中進(jìn)行。與新興車企尚未量產(chǎn)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)偏向于使用 C 語言而實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)不同,現(xiàn)今成熟的車企在進(jìn)行電動(dòng)車控制系統(tǒng)開發(fā)時(shí),軟件一般采用以模型為基礎(chǔ)的MBD開發(fā)。
MBD 開發(fā)的優(yōu)點(diǎn)是能夠以圖形化的方式表達(dá)復(fù)雜的邏輯、代碼可讀性、可移植性、開發(fā)調(diào)試便利性等,同時(shí)可以利用成熟的代碼生成工具鏈,避免了手工代碼容易產(chǎn)生的低級(jí)錯(cuò)誤。比如 MIL、SIL、HIL 等多項(xiàng)測(cè)試:
1、MIL(model in loops)模型在環(huán)測(cè)試,就是驗(yàn)證軟件模型是否可以實(shí)現(xiàn)軟件功能,測(cè)試依據(jù)是由系統(tǒng)需求分解而來的軟件需求。
2、SIL(software in loops)軟件在環(huán)測(cè)試,對(duì)比模型自動(dòng)生成的 C 代碼和模型本身實(shí)現(xiàn)的功能是否一致,使用simulink自身工具就可以進(jìn)行。
3、PIL(processer in loops)處理器在環(huán)測(cè)試,目的是測(cè)試自動(dòng)生成的代碼寫入控制器后,功能實(shí)現(xiàn)上是否與模型有偏差。PIL 看似無關(guān)緊要,但不重視會(huì)引起如調(diào)度問題、CPU load、堆棧溢出。
4、HIL(hardware in loops)硬件在環(huán)測(cè)試,測(cè)試控制器完整系統(tǒng)功能,一般會(huì)搭建控制器所在系統(tǒng)的測(cè)試臺(tái)架,使用電氣元件模擬傳感器(如溫度)和執(zhí)行器(如風(fēng)扇負(fù)載)的電氣特性,驗(yàn)證完整的系統(tǒng)功能。

三、整車試驗(yàn)中電池測(cè)試
1、低溫耐久測(cè)試.
主要測(cè)試?yán)鋯?dòng)性能,一般在黑河等地進(jìn)行,電池包的低溫充放電能力、低溫保護(hù)策略、電池包加熱功能等在該項(xiàng)測(cè)試中進(jìn)行考核。
2、高溫耐久測(cè)試。
一般在格爾木盆地等進(jìn)行,主要測(cè)試電池包在高溫下充放電能力、電池包冷卻功能和過熱保護(hù)策略。
3、高溫+高濕耐久測(cè)試。一般在海南等地進(jìn)行,海水環(huán)境會(huì)加劇零部件腐蝕,也考驗(yàn)電池包的性能
我們可以看到的是,這么多的測(cè)試方案,最終其實(shí)都?xì)w結(jié)于兩個(gè)字「安全」,很多車企自己的安全標(biāo)準(zhǔn)甚至比國(guó)標(biāo)還要高,測(cè)試的方式略有不同,我認(rèn)為最能模擬真實(shí)使用場(chǎng)景的測(cè)試它的價(jià)值要遠(yuǎn)高于狹義的測(cè)試。
之前比亞迪、廣汽、寧德時(shí)代都有做過電池的針刺等測(cè)試,而最近嵐圖也做了一組電池安全的測(cè)試,相比針刺等傳統(tǒng)的測(cè)試方案,嵐圖的測(cè)試給人開啟了一個(gè)新的角度。

測(cè)試了哪些?


嵐圖 FREE 挑戰(zhàn)國(guó)內(nèi)首次涉水后底部碰撞測(cè)試,實(shí)驗(yàn)主要從 4 個(gè)維度展開:
  • 一個(gè)首次:車輛涉水后底部再碰撞測(cè)試;
  • 深度涉水:這次測(cè)試車輛深水深度達(dá)到 600 mm,這個(gè)數(shù)字是國(guó)標(biāo)的 6 倍;
  • 底部磕碰:璧障繞過車身結(jié)構(gòu),直擊電池比常規(guī)正、側(cè)、后碰測(cè)試更嚴(yán)苛;
  • 極端路況:用金屬圓形物,直接與車輛底部碰撞,檢測(cè)底部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
「嵐圖汽車不生產(chǎn)電芯,但關(guān)注解決電池系統(tǒng)安全,嵐圖汽車首創(chuàng)涉水、底部碰撞,就是要以最嚴(yán)苛的測(cè)試,檢驗(yàn)整車安全性能,突破電動(dòng)汽車安全標(biāo)準(zhǔn)新高度?!箥箞D汽車CEO盧放博士對(duì)嵐圖的要求。
當(dāng)下,新能源汽車安全國(guó)標(biāo)測(cè)試項(xiàng)目多為單一電池包的單項(xiàng)測(cè)試。但在用戶的擁車全旅程中,三電系統(tǒng)、整車結(jié)構(gòu)等方面可能承受多重、疊加的損傷。這意味著在日常使用場(chǎng)景下,車輛及電池包會(huì)面臨涉水、碰撞等多頻次、多場(chǎng)景的考驗(yàn)。


中汽中心專家認(rèn)為,嵐圖汽車挑戰(zhàn)「全場(chǎng)景事故疊加」下測(cè)試,具有真實(shí)性和現(xiàn)實(shí)性意義。
嵐圖汽車針對(duì)電動(dòng)車涉水、底部碰撞發(fā)起全球首個(gè)測(cè)試,旨在通過多場(chǎng)景、多頻次疊加的安全測(cè)試方式,驗(yàn)證整車及電氣系統(tǒng)的硬核實(shí)力。涉水試驗(yàn)后,測(cè)試車輛繼續(xù)進(jìn)行底部碰撞,進(jìn)一步驗(yàn)證發(fā)生托底事故后,電池包及整車結(jié)構(gòu)是否安全。
電池底部碰撞的重要性


2021年,鄭州、天津等地相繼發(fā)生特大暴雨,造成不同程度的生命和財(cái)產(chǎn)損失。在特大暴雨面前因?yàn)檐囕v涉水所導(dǎo)致的安全事故頻頻發(fā)生,涉水安全事故逐漸成為用戶新的關(guān)注點(diǎn)和痛點(diǎn)。
據(jù)中國(guó)氣象局規(guī)定,按照降雨量的等級(jí)劃分來看,24 小時(shí)降水量達(dá)到 50 - 99.9 mm 為暴雨, 100 - 249.9 mm 為大暴雨,250 mm 以上稱為特大暴雨。同時(shí),車輛涉水時(shí)會(huì)導(dǎo)致看不清路面障礙物,從而發(fā)生底部碰撞,其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致疊加事故。
對(duì)此,在涉水測(cè)試中,中汽中心分別對(duì)嵐圖FREE純電版、增程版進(jìn)行了涉水測(cè)試,測(cè)試涉水深度 600 mm,達(dá)到國(guó)標(biāo) 6 倍,國(guó)標(biāo)涉水深度為100 mm,完全可以應(yīng)對(duì)特大暴雨的考驗(yàn)。
涉水對(duì)于我來說還不是重頭戲,加下來的底部碰撞我認(rèn)為更有現(xiàn)實(shí)意義。


在底部碰撞測(cè)試中,嵐圖FREE純電版、增程版測(cè)試車輛模擬日常道路駕駛情景,遭遇障礙物進(jìn)行制動(dòng)后,以 30 km/h 的速度硬磕高 210 mm 的障礙物。該項(xiàng)測(cè)試中,電池包最低位置與障礙物至少重疊 36 mm,驗(yàn)證發(fā)生底部碰撞事故后,電池包及整車結(jié)構(gòu)是否安全。
簡(jiǎn)單理解就是,讓?shí)箞D FREE 高速通過一個(gè)圓形鐵球,而鐵球必須侵入底盤 36 mm,然后靜置車輛等待,看車輛是否冒煙、起火、爆炸,實(shí)驗(yàn)結(jié)果則是這些都沒有。
為什么說這個(gè)有價(jià)值,要知道電池底部是一整塊電池包,電池包最怕的就是硬物侵入,這個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了兩點(diǎn):
  • 嵐圖底盤的硬度足夠高,具有較高的防底部碰撞安全性;
  • 真實(shí)場(chǎng)景還原度高,我們都知道嵐圖 FREE 是 SUV,但它絕對(duì)不是越野取向的車,因此,它的用戶使用場(chǎng)景大多是在城市或者鄉(xiāng)村老家,這樣的場(chǎng)景下嵐圖 FREE 的底盤完全可以滿足磕碰。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)的具體「價(jià)值」在于,它讓用戶清晰知道更加貼近自己真實(shí)使用場(chǎng)景的碰撞,知道了自己愛車的能力邊界,車企也不要盲目宣傳純電車的越野性能。
電動(dòng)車產(chǎn)品品類增加了會(huì)后,很多廠商開始宣傳自己的 SUV 產(chǎn)品具有越野能力,這顯然是一個(gè) BUG 存在,不解決底部電池碰撞后的安全問題,宣傳越野能力就是就很有誤導(dǎo)行為,當(dāng)然這也是相對(duì)于家用 SUV 來說,而車輛底部碰撞又是最常見的場(chǎng)景。


因此,接近碰撞后的安全至關(guān)重要,而且我還想說一句,目前所有的量產(chǎn)銷售的純電動(dòng)車都不適合越野,特別是硬派越野。
嵐圖電池包主要分為純電和增程兩款,其中嵐圖FREE純電版配備五層安全防護(hù)結(jié)構(gòu)(雙極防爆閥),而嵐圖 FREE 增程版則配備四層安全防護(hù)結(jié)構(gòu)(耐 200 kN 擠壓的高強(qiáng)框架)。同時(shí)兩版都配有云端大數(shù)據(jù)模型,完成近 230 項(xiàng)超國(guó)標(biāo)測(cè)試。按廠家的說法,嵐圖FREE采用了行業(yè)首創(chuàng)的「三維隔熱墻」技術(shù)、PACK 五層安全防護(hù)、專屬云BMS三大電池安全技術(shù)。
寫在最后
廠商關(guān)注「安全」肯定是好事,能真正投資資金去解決這些問題,則更重要。
嵐圖做的這些事,我不想用很夸張的詞語去美化,甚至我覺得這才是應(yīng)該的,這才是對(duì)消費(fèi)者負(fù)責(zé)的體現(xiàn)。
嵐圖做的這些很好的向消費(fèi)者釋放了一個(gè)信號(hào),電動(dòng)車確實(shí)越來越安全了,特別是在重金投入之下。
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