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名廠方案:看豐田如何應(yīng)對(duì)鋰電池內(nèi)短路?

發(fā)布時(shí)間:2016-12-20 責(zé)任編輯:sherry

【導(dǎo)讀】對(duì)電動(dòng)汽車而言,安全永遠(yuǎn)是第1位的。從今年的各種政策、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn),國(guó)家也正是這樣的一種思路導(dǎo)向,首先要保證安全性,在此基礎(chǔ)上,會(huì)進(jìn)一步對(duì)相關(guān)的其他性能提指標(biāo),如能量密度等。
 
盡管豐田在今年才宣布要正式開發(fā)純電動(dòng)汽車,不過這個(gè)臨國(guó)的汽車巨頭其實(shí)在鋰電池方面的研究還是很有一套,并且應(yīng)該很有效果,值得琢磨下。
 
  豐田自1997年率先量產(chǎn)其混合動(dòng)力汽車Prius以來,便一直在混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)占據(jù)絕對(duì)的領(lǐng)導(dǎo)地位,2003、2009年又發(fā)布了Prius二代和三代,不過都是使用的NiMH電池。
 
  直到2011年P(guān)rius Alpha,開始使用鋰電,此時(shí)的鋰電池為一代鋰電池。
 
  在2016年,第4代Prius,豐田開始使用最新的二代鋰電池。
汽車電子
在鋰電池的研發(fā)上,豐田的思路是:第1代鋰電池解決安全可靠性問題,尤其是強(qiáng)調(diào)電芯的自身的安全性;第2代鋰電池,強(qiáng)調(diào)更好的性能,高能量密度,高功率。
 
  影響鋰動(dòng)力電池的風(fēng)險(xiǎn)因子,豐田分析包括:過充、外短路、碰撞、內(nèi)短路。
 
  對(duì)于過充,系統(tǒng)層面,采用雙檢測(cè)系統(tǒng),同時(shí)對(duì)電芯和模組的電壓進(jìn)行檢測(cè);對(duì)于外短路,系統(tǒng)層面主要是通過電流關(guān)斷系統(tǒng)和主回路保險(xiǎn)絲方案。
 
  電芯層面應(yīng)對(duì)過充和外短路主要思路是,當(dāng)達(dá)到一定溫度時(shí),能自動(dòng)切斷電流,這主要是通過對(duì)材料、電極和結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。
 
  對(duì)于碰撞,總的思路是通過車身和電池包本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度來進(jìn)行防護(hù),而在電芯層面,豐田是下了一番工夫研究,采用了“隔熱層”(Heat Resistant Layer,HRL)設(shè)計(jì)。HRL也被用來應(yīng)對(duì)電芯的內(nèi)短路風(fēng)險(xiǎn),因?yàn)殡娦镜膬?nèi)短路,目前整個(gè)系統(tǒng)層面是毫無應(yīng)對(duì)方案的。
豐田第1代鋰電池示意圖
隔熱層HRL的主要思路為,將HRL置于正負(fù)極之間,能夠阻止在極端情況下,隔離膜的塌縮,從而即使在急劇溫升時(shí)也能保證電芯一定的阻值。在第1代鋰電池上,HRL被涂在電芯的正極上。
豐田第1代鋰電池示意圖
豐田第1代鋰電池示意圖
 
  通過測(cè)試驗(yàn)證表明,這種設(shè)計(jì)方案能較好的應(yīng)對(duì)內(nèi)短路。
測(cè)試方法(改進(jìn)的JISC8714測(cè)試方法)
測(cè)試方法(改進(jìn)的JISC8714測(cè)試方法)
測(cè)試結(jié)果
測(cè)試結(jié)果
 
  為了驗(yàn)證1代鋰電池的安全可靠性,豐田于2006-2009年推出150輛示范車輛去跑,2011年才正式用于量產(chǎn)的Prius Alpha。通過對(duì)這些車輛電池?cái)?shù)據(jù)的收集與分析,基本論證了1代電池的設(shè)計(jì)方案。在1代電池的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研發(fā)滿足各種高性能要求的2代鋰電池。
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