守護(hù)出行安全：了解汽車電池?zé)崾Э啬切┦聝?

近年來，在消費(fèi)者選購新能源汽車的過程中，安全考量已躍居首位，而頻發(fā)的新能源汽車事故無一不觸動(dòng)著消費(fèi)者的神經(jīng)，讓不少人陷入猶豫和觀望。

這些安全隱患也無疑加深了市場對(duì)于電動(dòng)汽車安全性能的廣泛關(guān)注與擔(dān)憂。

此前已深入探討過電動(dòng)汽車進(jìn)水風(fēng)險(xiǎn)及其監(jiān)測預(yù)防策略，本期內(nèi)容讓我們將視線轉(zhuǎn)向同樣至關(guān)重要的汽車安全議題——電池包的失控過程

通常情況下，電池包起火源于其內(nèi)部電芯的短路，比如一些制造過程中的缺陷就可能導(dǎo)致電池內(nèi)部的正負(fù)極不慎接觸短路。此時(shí)，電芯內(nèi)部溫度急劇上升，引起電芯內(nèi)部的特性損壞，我們稱之為“熱事件”。

隨著熱事件的持續(xù)，當(dāng)溫度達(dá)到某一臨界點(diǎn)時(shí)，電池部分會(huì)開始釋放氣體，并進(jìn)入到“熱失控”狀態(tài)，這標(biāo)志著一種嚴(yán)重的失效模式開始顯現(xiàn)。

熱失控通常起始于電池包里的單個(gè)電芯，并通過熱傳遞迅速波及鄰近電芯，這一過程被稱為“熱失控傳遞”。若不加以有效控制，這種連鎖反應(yīng)最終可能引發(fā)失火甚至爆炸，對(duì)乘客安全構(gòu)成重大威脅。

我國《電動(dòng)汽車用動(dòng)力蓄電池安全要求》（GB 38031-2020）中明確指出：電池包或系統(tǒng)在由于單個(gè)電池包主流監(jiān)控方式

溫 度

由于傳感器來嚴(yán)密監(jiān)控其溫度狀況。

溫度傳感器僅能反映安裝位置實(shí)時(shí)的溫度狀況，同時(shí)會(huì)受到熱擴(kuò)散速度以及發(fā)生熱失控的電芯與溫度傳感器之間距離的影響。

這種物理特性可能導(dǎo)致從熱失控初始到溫度傳感器實(shí)際捕捉到異常溫度之間存在幾分鐘的延遲。

電 壓

在電池包面臨熱失控的緊急情況下，電芯電壓會(huì)下降。這一通過監(jiān)控電壓的安全技術(shù)目前在國內(nèi)眾多電池包系統(tǒng)中已得到應(yīng)用，成為偵測、保障電池安全的重要手段之一。

電壓監(jiān)控受限于電池包的排列方式、電池充電的狀態(tài)以及控制算法和邏輯，從電壓異常到系統(tǒng)響應(yīng)，這一過程中可能存在一定的延遲，該延遲時(shí)長可短至幾分鐘，長則不超過十分鐘。

氣 壓

電池包內(nèi)部的氣體會(huì)隨著壓力急劇上升而膨脹，這種氣壓的變化能夠提供及時(shí)預(yù)警的窗口，迅速且精確地反映出電池包內(nèi)部的狀態(tài)變化。

氣壓監(jiān)控的優(yōu)勢在于其響應(yīng)速度快，通常延遲時(shí)間以秒計(jì)算，即在極短的時(shí)間內(nèi)就能捕捉到壓力變化，這一手段也受限于氣體上升速度以及汽車電池當(dāng)前的充/放電狀態(tài)。

氣 體

部分海內(nèi)外廠商還會(huì)在電池包的整體設(shè)計(jì)中集成氣體監(jiān)測的方式。在電池包熱失控的過程中，會(huì)不可避免地釋放出一些氣體。

通過監(jiān)測這些氣體的濃度變化，用戶也可以及早捕捉到電池包的異常跡象，有效預(yù)防或減輕潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。氣體監(jiān)控的核心在于氣體擴(kuò)散速率，包括傳感器在電池包內(nèi)的布局位置以及監(jiān)測氣體種類的選擇。

經(jīng)過第三方機(jī)構(gòu)在2022年的測試，氣體監(jiān)測方式的延遲時(shí)間通常都在10秒鐘以內(nèi)。

評(píng)估與選擇

基于以上四種不同的監(jiān)控方式，什么樣的“決定邏輯”才是比較有效且可靠的呢？我們主要從下列三個(gè)指標(biāo)來進(jìn)行評(píng)估：

1 時(shí)效性

傳感器需要延遲多長時(shí)間才能給予反饋，進(jìn)而引發(fā)系統(tǒng)報(bào)警？

2 嚴(yán)密性

當(dāng)車輛出現(xiàn)熱失控時(shí)，是否是由于傳感器失效或其他問題導(dǎo)致系統(tǒng)沒有發(fā)現(xiàn)？

3 準(zhǔn)確性

可否避免車輛沒有出現(xiàn)熱失控，但基于傳感器監(jiān)控出現(xiàn)的事故誤報(bào)？

在評(píng)估整體監(jiān)控方案時(shí)，針對(duì)汽車熱失控的監(jiān)測，通過不同傳感器組合的策略展現(xiàn)了不同的效果：

● 單一傳感器方案雖然簡單，但時(shí)效性受傳感器類型影響大，且存在高誤報(bào)與漏報(bào)風(fēng)險(xiǎn)。

● 雙傳感器方案中，任一傳感器觸發(fā)即報(bào)警，提高了檢測靈敏度但增加了誤報(bào)可能。

● 采用兩種傳感器同時(shí)觸發(fā)報(bào)警的策略，降低了誤報(bào)，但可能一定程度上存在漏報(bào)風(fēng)險(xiǎn)。

深入分析后，不難發(fā)現(xiàn)采用三至四種傳感器，并要求其中兩種同時(shí)觸發(fā)報(bào)警的方式最為適宜。這種策略不僅有效降低了無法偵測到電池?zé)崾Э氐娘L(fēng)險(xiǎn)，還通過多重確認(rèn)的流程減少了誤報(bào)警的可能性。

其中，氣體和氣壓的監(jiān)控方式因響應(yīng)迅速，成為提升時(shí)效性的關(guān)鍵。溫度和電壓監(jiān)控方式的響應(yīng)相對(duì)較慢，但仍是電池?zé)崾Э乇O(jiān)控體系中不可或缺的一環(huán)。

作為電動(dòng)汽車中的核心部件，電池技術(shù)無疑是主機(jī)廠與電池供應(yīng)商傾注無數(shù)研發(fā)心血與創(chuàng)新的結(jié)晶。

Sensirion憑借先進(jìn)的傳感技術(shù)，致力于開發(fā)高精度、高可靠性的電池?zé)崾Э乇O(jiān)測解決方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，旨在熱失控的萌芽階段即能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取措施，防患于未然。

同時(shí)，Sensirion也正不斷加強(qiáng)與汽車制造商之間的緊密合作，不止為促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新與傳感應(yīng)用的深度融合，更為提升和保障電動(dòng)汽車的整體安全性能與駕乘人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。