近一時期，在深圳和廈門的五洲龍電動大巴和廈門金旅混動大巴上，相繼發(fā)生起火事故，不僅造成經(jīng)濟損失，也給電動汽車的安全可信度罩上了一層濃厚的疑云。
通過有關(guān)資料了解到，涉及的沃特瑪電池系統(tǒng)采用了眾多的單柱體鋰電池并聯(lián)組合，每個單體或是連接一段保險熔絲、或是采用PCBA做匯流板保護，如果出現(xiàn)下圖所示個別單體電池的短路情況時，只能通過串接的保險絲或通過PCBA板線的熔燒來實現(xiàn)單體過流保護。這種單點式保險絲不具備精確的熔斷控制，而且對每組電池模塊毫無有效的全面保護作用，特別是當整個電池系統(tǒng)出現(xiàn)大過流故障時，明顯缺失一個有效的系統(tǒng)過流分斷與隔離保障措施，同時，由此產(chǎn)生的內(nèi)部高溫?zé)崃恳矡o法在短時間內(nèi)得到降溫和消除。
以額定容量300Ah共14組的電池模塊為例：每個模塊內(nèi)部并聯(lián)60個電池單體的容量、內(nèi)電阻、接觸電阻、自放電性能及耐用壽命等固有的品質(zhì)差異問題，加上配置的熔絲以及無循環(huán)式降溫散熱措施引起的溫度梯度，無法把60個并聯(lián)單體當成一個完美的模塊整體來看待，僅靠外部BMS(電池管理系統(tǒng))的主動均衡作用，要實現(xiàn)對14個模塊共計840個單體電池的精準控制難度極大，對電池模塊組的影響作用也非常有限。但是當模塊內(nèi)部的若干單體因品質(zhì)不一致造成的提前“過放和過充”現(xiàn)象出現(xiàn)，會使模塊長期處于不良運行和失控狀態(tài)，使得BMS無法起到預(yù)警和保護作用。
參照特斯拉的電池模塊組，總體共有16組x 444個單體電池并聯(lián)組成，分別安裝在鑄鋁成型箱體內(nèi)兩個獨立的封閉式電池包，但留出一定空間安裝了兩個大容量直流超快速熔斷器，作為電池包過流故障的分斷與隔離保護裝置。這種超快速熔斷器內(nèi)部采用銀熔片并填裝高純硅砂，具有強勢的限流滅弧作用，對整個電池包意外發(fā)生的200-400V及以上的高壓浪涌短路電流，可在10ms內(nèi)迅速安全切斷，熔斷過程產(chǎn)生的熱能量全部封閉在自身管體之內(nèi)，對電池包內(nèi)的模塊毫無不良影響。
特斯拉電池包的總保險絲
特斯拉的設(shè)計思路是針對整個電池系統(tǒng)采用宏觀防御戰(zhàn)術(shù)，單體電池的局部故障甚至失效均不作為控制重點，系統(tǒng)內(nèi)部的熱量梯度由自循環(huán)冷卻管進行散熱降溫，當系統(tǒng)出現(xiàn)“過充”和“過放”異常時，由毫秒級開斷的熔斷器截斷高壓浪涌電流，確保整個電池組與車輛其他電氣系統(tǒng)完全隔離，避免電池炸裂、起火等嚴重毀損事故發(fā)生。
這樣的防御布局的好處是顧全了大局，只用兩個熔斷器保護電池包的整體安全，成本很低也便于維修和更換管理。但不足之處是眾多單體電池的不一致性問題卻無從顧及，在長時間的行駛過程中，會有若干單體電池損壞報廢，電池組的容量會有所下降，車輛續(xù)航能力隨之減低，這也是一個明顯的弊端。但與整個電池系統(tǒng)缺失重要的“過流保護”環(huán)節(jié)相比，盡快筑起一道防洪大壩顯然更為重要。
如果沃特瑪電池的微觀保護技術(shù)加上特斯拉電池包的宏觀防御技術(shù)，將會構(gòu)成一個更為嚴密的安全保護體系，這雖然要對現(xiàn)行的電池箱構(gòu)造作一番改進，也增加了添置大容量熔斷器的材料成本，但增補一個重要的過流保護環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了雙重安全防護之后，其抗御過流故障的能力將會有大幅度的增強，很有利于恢復(fù)用戶的信心和扭轉(zhuǎn)企業(yè)品牌的形象。
作者何可平為西安西聯(lián)熔斷器研究所總工程師。
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