【第二届中国新能源汽车高峰论坛】张行峰：南京金龙新能源客车安全设计及技术路线

2015-12-22 16:37:35 零排放汽车网-专注新能源汽车,混合动力汽车,电动汽车,节能汽车等新闻资讯网友评论 0 条

2015年12月16-17日，2015第二届中国新能源汽车高峰论坛暨总工技术交流会在深圳隆重召开。南京金龙新能源汽车研究院院长张行峰做了主题为“南京金龙新能源客车安全设计及技术路线”的精彩演讲。

2015年12月16-17日,作为国内新能源汽车技术交流最具影响力的峰会,2015第二届中国新能源汽车高峰论坛暨总工技术交流会在深圳隆重召开。峰会历时两天,以“整车安全设计及技术路线、关键零部件安全设计及测试、新能源汽车整车及关键零部件安全测试与标准、新能源汽车运营模式创新及电动物流车产业发展”为主题,共举办三十余场主题演讲、2场互动沙龙、2场行业专家及技术总工交流会、10余场高端访谈。本届大会高举技术交流的大旗,务实而接地气,吸引了近600人到场参会。作为大会主办方和电动汽车行业专业网上平台,对本次峰会做全面回顾和总结。

在本次大会上,南京金龙新能源汽车研究院院长张行峰做了主题为“南京金龙新能源客车安全设计及技术路线”的精彩演讲。以下为张行峰演讲主要内容:

一、电动汽车安全设计介绍

随着电动汽车的日益普及,与电动汽车相关的安全事故也逐渐增多,不断刺激着公众的神经,加深了公众对于新产品、新事物的疑虑。

安全是产品的根基,不管什么情况,都不能以牺牲产品安全为代价,为追逐物质利益造成人员伤亡或重大财产损失。电动汽车作为新兴产业,在社会充满喧嚣和浮躁的背景下,除了政府层面应该制定严格的法律法规和产品准入标准之外,每一家企业都应该承担起自己的社会责任,从自身的角度,尽可能杜绝产品的安全隐患。

电动汽车安全设计是一个系统工程,我们在设计时要充分考虑:电池单体的安全设计,电池模组的安全设计,高压系统的安全设计以及整车的安全设计,每一个子系统的安全设计是保证后一个系统安全设计的基础,同时,电动汽车安全设计需要从硬件上考虑进行物理防护,同时也需要从软件上进行保护。

二、电池的安全设计

2.1动力电池系统安全分析

作为纯电动汽车的唯一能量来源和混合动力汽车的重要能量来源,动力电池系统的安全性显得非常重要,稍有不慎即可能成为事故的源头,造成严重危害。

2.1.1动力电池系统的安全特征:作为高能量载体,在不需要外部能量输入的情况下,本身就能够因能量非正常释放而产生巨大破坏力。

2.1.2能量非正常释放的表现形式:

电能释放(电击)、化学能释放(燃烧,爆炸)

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2.2动力电池系统的电特性:动力电池组单元的电压等级和释放的能量

当前电动汽车输出电压范围通常高达300V以上,电压安全防护中:(直流60V以上为非安全电压),动力电池组存储的能量达到kWh级别(1kWh=3.6MJ),电动汽车电池容量通常都在20kwh以上。

2.3动力电池系统的化学特性:动力电池组单元具有燃烧的特性与要素

电池单体中的电解液和系统中的塑料部件是可燃物,金属铝在高温下也会燃烧。

电池单体中的放热副反应会引起温度快速上升,成为火源。

2.4导致动力电池系统发生燃烧或爆炸的可能原因:

2.4.1电芯的放热副反应导致热失控,引燃电解液、隔离膜和其他可燃物质(过充过放)

2.4.2局部连接阻抗过大,导致温度上升,达到着火点温度,引燃动力电池包内部的可燃物质(持续大电流放电对线路的影响以及连接点的接触面和接触可靠性)

电动汽车的故障发生频率而言,第一种情况的发生概率最高,危害最大。电芯的放热副反应导致热电池组产生失控,是动力电池系统发生燃烧或爆炸的主要原因。

2.5电动汽车动力电池系统的安全防护设计

提高动力电池系统安全防护的目标:预防电能和化学能在系统正常运行状态和某些非正常状态(法律法规、标准所规定的情况,以及典型的失效情况),以不可控的方式释放,或减轻其不可控释放所带来的危害。

安全防护设计的主要方法:

A) 阻止能量以不可控方式释放——预防危害发生

B) 阻断能量以不可控方式释放的路径——阻止危害发生后的蔓延

C) 降低能量以不可控方式释放的破坏——降低危害所造成的损害

在产品的安全设计方案方面,应该结合主/被动安全防护设计,达到最佳的安全防护效果,提升动力电池系统的安全性能。

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2.6电池单体测试

电池单体经过一系列的安全设计后,还要进行一系列的测试。如挤压,针刺等。

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2.7电池成组安全设计

2.7.1结构设计– 电池连接设计:

高强度、高可靠性

2.7.2密封与绝缘(防水、防尘、防老化):

电池与模组外壳绝缘

模组与托盘绝缘

正负极采样线绝缘

动力线绝缘

整个包体防尘防水设计

内部排水预防性设计

2.7.3固定与减振设计

2.8电池管理系统安全管理

控制功能
安全预警与控制	热管理	均衡控制	充电控制	剩余电量估算	信息管理
主要是监控电流、电压和温度等与电池安全相关的重要参数	监测电池箱内的温度变化。若温度低,则启动电加热;若温度高,则启动风扇,以保证电池箱维持在相对稳定的温度环境下	监测电池组内单体电池电压的一致性。给电压低的单体电池充电、电压高的单体电池放电,增强电池的一致性,延长使用寿命	根据电池状态智能估算充电电流、充电电压等充电参数,在保证电池安全的前提下,增强充电效率、缩短充电时间	不仅说明电池还能提供的能量多少,还影响到整车控制策略的选择和电动汽车的运行状态	电池使用及历史情况记录,用于电池能量状态判断及后期的电池维护
制表:

三、高压系统安全设计

除电池安全设计外,电动汽车采用的高压部件如电机、电控、电动压缩机等零部件的安全设计也是电动汽车安全设计的重要组成部分,其安全设计也是影响电动车使用安全的重要因素。高压安全设计主要目标有:防止触电、防止电弧危害、防止过热高压系统悬浮设计,互锁设计、绝缘监控、接地设计、紧急断电、外壳防护,危险电荷泄放、警示标识、爬电距离。

高压安全设计

采用高压设计,是为了减小电机、逆变器的成本与体积、并且利于控制总线的工作电流在一定范围内从而保护电源系统。

根据标准要求电机及控制器必须能在电源电压为120%额定电压下安全承受最大电流。另外电机在电源电压降为75%额定电压时,应能在最大电流下运行。

高压电器外壳接地,确保人体可触及的部位与人体是同一电位。

对高压总线与高压部件进行绝缘电阻检测,当低于安全限制时采取相关措施。

A) 自动危险电压断开:

在车辆发生碰撞事故、探测到强电线缆或是部件绝缘下降到低于安全限制时,自动将危险电压隔离。自动危险电压断开装置应具备自恢复功能,在初始条件清除后恢复牵引电压

B) 手动危险电压断开:

在车辆维修保养时可以通过断路手柄或是高压连接器实现断开电源。

C) 系统互锁

动力电源断开,高压线路上电压降至安全电压。

D) 熔断

用合适的保险丝实现过电流中断电路;

四、整车安全设计

在保证电池、高压部件安全设计的前提下,电动汽车整车在系统集成和系统控制策略的平台上针对电动车专有特点进行重点考虑,以保证电动车在恶劣工况下的安全性与可靠性。

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4.1整车结构设计

车身采用高强度钢板、铝合金让电池以及影响安全的关键零部件布置在不易破坏的位置。

电动汽车因电池重量增加,使汽车的动态情况产生变化,从而改变汽车的行驶稳定性,需要根据汽车前后轴载荷合理分布动力电池结构布局,确保汽车现有的平台和刹车系统可以应对增加的重量,提高车辆动态稳定性。

4.2整车试验验证

电动汽车除经过一般的性能试验外,还需进行苛刻的实验:如碰撞、淋雨、高温、高压、极寒、涉水等一系列的测试,确保车辆符合设计要求,使车主用车安全。

4.2软件策略保护

在物理结构防护或者高压部件损坏的时候,我们通过软件来保护安全,这也是电动车安全设计的重要组成部分。

4.3碰撞断电

整车检测到碰撞信号后,断开高压系统。

4.4限功率

检测到高压系统漏电等故障时候,整车会有限功率措施。

通过多功能组合仪表盘显示屏,显示不同情况下的系统故障,提醒驾乘人员,保证安全。

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五、南京金龙技术发展路线

5.1南京金龙客车EV核心技术

EV
动力电池成组及管理技术	电机及控制技术	整车控制技术	动力系统集成技术	整车的试验及匹配标定技术	热管理技术	基于CAN总线的网络通讯和控制技术
主要解决动力电池成组监控管理及提高电池充电速度等关键技术	主要开展电机系统应用研究,建立电机系统的测试试验平台	降低油耗、排放,提高动力性能	开展动力系统机电耦合装置研究,实现动力系统一体化功能	找到控制参数和控制策略的修正的方法和规律,得到修正的数学模型	主要解决发动机、电机、控制器、电池等部件热管理的关键技术	主要是提高各ECU的升级维护的可操作性、离线故障诊断、故障安全报警、行车等过程的逻辑控制、整车上电等CAN总线控制技术的工程应用
制表: