五洲龙电动公交起火,有关电池知多少?

导语

作者一直认为,小单体并联并不是一种长期的解决方案。只是对于商用车,特别是纯电动大巴,仔细查看以后,大家的想法都是差不多的。

最近,有空仔细整理了一些五洲龙和沃特玛的资料。第一次听说深圳市沃特玛电池有限公司——深圳沃特玛动力电池技术开发项目,在2012年度新能源汽车产业技术创新工程拟支持项目名单里。

安全事故

2015年1月30日9时40分,一辆车牌号为粤BU0005的205路公交车行驶到”罗湖公安分局”公交站后因电池短路起火自燃。

五洲龙电动公交起火 有关沃特玛电池知多少?

图1 自燃事件报道

2015年4月26日晚间,深圳市一部新能源汽车,在充电站充电一个半小时,车辆在停驶状态下出现燃烧事故。

五洲龙电动公交起火 有关沃特玛电池知多少?

图2 充电站燃烧报道

先从电池的结构方面作探讨,官网上,沃特玛标配的电池系统如下图所示:

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图3 沃特玛官网的电池

五洲龙的车型,以6113为例,在工信部的的规格如下:

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图4 五洲龙实际使用电池

可以粗略的来看,标准的电池系统是以300Ah考量的。再来整理一下单体的信息:

1.型号 IFR 32650 单体外壳材质 镀镍钢 标称容量(0.2C5A) 5Ah 最小容量(1C5A) 4.75Ah

2.额定电压 3.2V (即工作电压) 最大充电电压 3.65V 放电截至电压 2.5V

3.标准充放电 0.2C 5A 充电时间 ≥5 hours 0.2C 5A 最大持续充电电流 5 A 1C 5A 最大持续放电电流 2.5C 5A 瞬间放电电流 30 A 6C 5A 最大瞬间放电时间 10sec.

4.充电方法 标准 CC 0.2C 3.65V截止 CV 3.65V 0.05C截止 快速 CC 1C 3.65V截止 CV 3.65V 0.05C截止

5.操作温度 充电 0℃~45℃ 放电 -20℃~60℃ 贮存 -20℃~45℃

电池组的架构就变成了14个单元模组组,每个模组里面做60P12S,基本的实物图形如下所示。注:此图形引用自沃特玛的规格书中,不是标准的大巴电池包数据,电池箱的基本结构类似,因此仅作参考。

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图5 沃特玛电池图

这里的设计主要有几个缺点:

1)没有热设计的考虑,完全靠被动冷却,圆柱的发热情况本来就比较差

2)绝缘设计比较差,在沃特玛的参考材料里面,提及了几种,实际的情况可能是以下三种之一,需根据实物来考量。而且目前的做法,不太适宜用在车用环境下,设计思路是完全不同的。

PVC膜 优点:美观、防潮,价廉,利于自动化作业。缺点:不防火。

纸套 优点:防火、操作简单,黏结性好。缺点:易脏,易受潮,材质疏松易穿刺,价格高,不利于自动化作业。

绝缘胶套:解决PVC膜热缩破膜短路问题。

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图6 绝缘方法

3)单体比较密集,热失控传递隔离缺失,前面有几篇博文重点提及了这个,如何防止失控是重中之重,这里完全没有考量

4)模组设计中的保护 此类设计,成本很大的一块是母线互联和熔丝的设计。为啥呢,主要是60个单体的差异性(容量、内阻、自放电)加上配置的熔丝以及无散热引起的温度梯度,造成的单体差异性很大,60个单体形成了自平衡,你靠外部的主动均衡什么的,对模块的影响非常非常有限。如果BMS做的好些,就需要在SOC之外做大量的计算,判断60个并联单体的工作情况。但实际的情况这个BMS只做了循环次数的计量“Cycle life(SOH) (The cycle life should be indicated , and should be updated by the operation.)”

5)机械固定,我是看不太明白,这些电池如何有效的抗冲击、振动而好好的待在原地的,靠这样的工艺同时解决电气连接和机械固定两个重要安全功能,似乎不太现实。

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图7 模组电气连接和机械固定

6)熔丝设计 这么多单体并联,对于单体而言,就需要熔丝做设计。根据披露的信息来看,沃特玛优选用PCBA来做母线牌,如果如下图出现短路情况,希望烧PCB线来实现保护,如果这种情况发生,产生大量的热量,去哪里呢?

单串铜板(钢板)结构 维护最方便

多位一体铜板(钢板)结构 过流最强劲

多位一体铜板(钢板)+PCBA板结构 过流、安全两不误

单层多串PCBA板结构 安全最好,结构最稳固

五洲龙电动公交起火 有关沃特玛电池知多少?

图8 熔丝和电流设计

7)BMS的设计其他问题,最主要的还是不能把60个并联单体当作一个单体来看的,按照下图的设计构想,你想要实现的保护功能是针对整个模组级别的,但是内部的单体早就由于一致性的问题提前造就了过放和过充。

五洲龙电动公交起火 有关沃特玛电池知多少?

图9 电池系统框图

小结:我一直认为,小单体并联并不是一种长期的解决方案。只是对于商用车,特别是纯电动大巴,仔细查看以后,大家的想法都是差不多的。写此文抛砖引玉,怪不得国外各家做HEV大巴的多一些。以下为沃特玛相关的网上的信息,各位看官可以自己看看。

参考文件

1. 深圳市纯电动公交新车型新模式示范运行 项目评估报告

2. 全国锂离子电池产业调查表

3. 沃特玛A级轿车动力电池系统设计

4. 沃特玛A级纯电动轿车开发方案

5. 沃特玛动力总成研究所介绍

6. 沃特玛 锂电池与公司介绍

7. 32650-5Ah圆柱型动力电池安全性分析 20141008

8. 沃特玛 资金申请报告

9.2012 06 锂电PACK基础培训资料

10.128V-75 Ah EV battery pack solutions

11.沃特玛新一代动力电池的研发和产业化项目 环境影响报告书

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