新能源电池包（PACK）安全设计策略

~

本文主要分析了新能源电池包的结构设计方案及策略，从电池包的本征安全、主动安全、被动安全整体介绍及如何进行整包被动安全防护几个方面入手，在此基础上，以电池包整体的设计为切入点，分享测试方案及数据等。

电池安全是新能源车型安全的核心

随着纯电动汽车快速普及，保有量大幅增加，动力电池的质量问题也日益凸显。其中，热失控是影响动力电池安全的最大诱因，据2011-2019年事故调研数据显示，热失控扩散导致动力电池出现安全问题的比例占50%以上。

一般来说，动力电池起火原因主要包括电池部件老化、外部碰撞、高温天气、电池热失控、高负荷等五个方面。而外部碰撞和高温天气属于外因，电池部件老化、电池热失控、高负荷则与动力电池质量、热管理系统等相关，往往是自燃的直接导火索。

数据来源：EVS-GTR会议

电池包的设计需要考虑什么？

电池包的尺寸，整车底盘有很多零件，放置电池包的空间是有限的，要满足整车的空间要求，其次也得满足整车的纯电续航里程的要求，这就能直接转化成，这个电池包需要设计多少度电了。然后就是选择电池了，包括电芯的形式，方壳，软包，还是圆柱，每个电芯的容量是多少，然后了解整车其他用电器的工作电压的范围，这个决定着我们电池包的电芯是用几并几串的，BMS在监控电池包电芯的时候会对电芯的串联并联有要求的。

电池包的组成

原材料选择

主要原材优选以及有效改性，增强电芯的热稳定性，避免热失控。

正负极材料：

· 优选动力学性能优异的负极材料，降低析锂风险

· 负极颗粒表面热稳定性包覆，电解液负极成膜添加剂，保护材料表面

· 正负极材料表面通过电解液溶剂和添加剂的反应，会形成SEI/ECM保护膜，阻止材料进一步反应恶化，提升材料稳定性和安全性

电解液：

· 电解液阻燃添加剂

· 改进配方、提升闪点以及电解液体系的蒸汽压，实现阻燃效果

隔膜：

· 高耐热PET、芳纶等基膜，减低电芯内短路风险

· 表面热稳定性涂覆，降低隔膜热收缩

结构件设计

锂电池包主要由承载框体（下框体、上框体）、锂电池、高压连接组件（如高压接插件）、低压连接组件（如低压接插件）等组成，见下图所示。

锂电池框体不仅作为各零部件承载体，也充当着连接整车的“桥梁”，锂电池通过锂电池框体安装结构装配在整车上。

为了便于安装、维护，承载框体一般分为上框体和下框体。下框体主要承载器件，承担电池系统更多的重量；上框体则一般主要起防护作用，承重要求较小。

电池包主动安全设计

热失控检测：通过温度，电压的监测结合定时唤醒的功能，能在电池包热失控发生前，向车辆发出报警，保证人员人身安全。

电压检测：实时单体电压检测

根据电芯性能，设定电压阈值和压降速率阈值来定义热失控是否发生

温度检测：实时模组温度检测

根据电芯性能，设定高温阈值和温升速率阈值来定义热失控是否发生

防误报设计：冗余设计

为了防止误报，对检测时间和检测条件进行了冗余设计，以增加策略判断的可靠性

唤醒策略：实时唤醒策略

BMS休眠后，每隔一定时间自动唤醒。唤醒后，检测当前温度和电压值

电池包被动安全设计

电池热失控路线：通过热失控的“5重防护”设计，最终实现电池包的“0”热蔓延（即单个电芯热失控，不会蔓延至相邻电芯或模组）

电气绝缘耐压设计：如出现绝缘失效会造成严重的短路情况，为避免二次绝缘失效，通过客户需求的最大工作电压Vmax，以及工作海拔来做相应的绝缘设计

双重绝缘设计：模组设计采用双重绝缘防护：电芯本身有一层绝缘电芯蓝膜及电芯顶贴片可以满足绝缘耐压要求，端侧板与电芯间、电芯与底部安装面间均有绝缘纸进行防护，绝缘纸均满足绝缘耐压要求。

结构安全测试：像震动、冲击、包括碰撞等，能够监测到的或短周期能够出现的这种问题相对好解决，如长周期出现才能监测到的问题如何来进行，所以就通过端板和侧板模组的焊接测试，根据模组循环与膨胀力的关系，设计模组端侧板的焊接强度要求和指标。

热失控防护方案：通过热失控防护设计，实现电池包热失控的5重防护：传感器提前预警、电芯间的隔热设计、模组间增加阻热间隔、引导热失控排气按照特定通道排出、优化防爆阀选型。

结论

本文分析了目前电池包结构设计流程和仿真研究现状，PACK级别被动安全设计理念、如何开展整包被动安全防护（根据电芯热失控表现进行整包防护设计，仿真及策略等），另外电池包热分析、动态分析以及碰撞分析等方面的研究也将是接下来的研究的重点。

---

沁水县19846018519： 新能源电池如何防爆?瑞诺防爆透气阀?如何提高新能源汽车动力电池P? ？
机龚酒石： 防爆透气阀优势明显: ①弹簧原理设计,实现透气衡压/泄压防爆循环; ②循环防爆,安全无损耗,更经济; ③不锈钢金属壳体,耐性好、强度高; ④尺寸小巧,适配性极高; ⑤螺纹式安装,装配非常便捷.

沁水县19846018519： 锂电池pack安全需要注意什么 - ？
机龚酒石： 1:不可投入火中或接近热源使用!!! 2:不可用金属将输出正负极直接连在一起. 3: 不可超出电池温度范围使用. 4:不可用力挤压电池. 5: 用专用充电器或按正确的方法充电. 6: 电池搁置时请每三个月补充电一次.并按储存温度放置

沁水县19846018519： 针对单个电池热失控引起热扩散进而导致热失控的问题,比克电池有哪些方案? - ？
机龚酒石： 比克电池在整包电池的安全设计层面,创新性地采用了双向泄压.“单一泄压通道无法满足高能量密度电芯在极度热失控下的能量释放需求,”比克电池骆兆军博士指出,“电池需要有合格的安全阀设计,泄压阀确保电池在极端过热及滥用情况下,可以及时有效进行热释放.任何单一电芯发生热失控,电池包/模组仍能继续工作.

沁水县19846018519： 电池PACK是什么意思 - ？
机龚酒石： 电池PACK一般指的是组合电池. 动力电池pack一般是指包装、封装和装配,譬如:2个电池串联起来,安照客户要求组成某一特定形状,我们就叫它pack.在Pack行业,常常把没有组装成可以直接使用的电池叫做电芯,而把连接上PCM板,...

沁水县19846018519： 新能源汽车电池包的热管理系统材料有哪些? - ？
机龚酒石： 目前新能源汽车动力电池包的热对策有空冷,液冷及相变冷却.VOLT的冷却液为乙二醇溶液,直冷(制冷剂直接冷却):利用制冷剂(R134a等)蒸发潜热的原理,还有最近的一种新材料德耐隆Telite保温隔热片.

沁水县19846018519： 锂电中pack 是啥?有pack工程师 pack保护电路望详细解释一番 - ？
机龚酒石： 锂电池pack分为加工、组装、测试、包装四个部分,pack就是包装、装配的意思.在锂电池pack中,对于没有组装、可直接单个使用的电池叫做电芯,只有连接上保护板,有充电、放电功能的成品电池组才被称为锂电池pack. 锂电池pack指的...

沁水县19846018519： 电池包怎么用气密检测仪检测 - ？
机龚酒石： 现在的新能源汽车电池包都会采用PUW防爆阀进行防护,防止电池PACK压力累积发生安全事故.针对于新能源汽车电池箱安装了PUW防爆阀,设计有完善的气密检测方案,检测仪器、工装及检测方法如下; 电池包气密检测方法:1、打开气密性检测仪电源开关,设置好需要的充气时间、保压时间等参数,接通压缩空气.2、把气密夹具卡爪套进PBALM20*1.5防爆阀本体与电池包箱体之间的凹槽中;3、顺时针旋转锁紧转轴,把防爆阀上盖压紧(参考图片如下);4、快速接头插入气管 Ø6进气管,开启气密仪,开始进行测试.5、测试完成后,逆时针拧松转轴,即可取下夹具.

沁水县19846018519： 请问;轩逸纯电电池的安全保障是如何实现的? - ？
机龚酒石： 哈哈,这问题就有点专业了.为了外界不可预测因素减少对电池的冲击,轩逸纯电的电池包内外均采用了缓冲设计,可有效抵御机械冲击、电气冲击、热量冲击,提升电池单体的耐久性(循环寿命),确保全场景使用过程中的安全性.

沁水县19846018519： 电池pack在电动电池产业链中处于什么地位 - ？
机龚酒石： 电池pack在电动电池产业链中处于无可替代的地位.1、电池PACK是所有电池厂的终端输出,电池PACK才是电池厂最终赚钱的部门,电池PACK也是用电池的终端产品(例如新能源车)最重要的零部件之一.2、电池PACK就是成品组装,整...