鉅大LARGE | 點擊量:1032次 | 2018年07月26日
豐田如何處理鋰電池內短路這一問題
盡管豐田在去年才宣布要正式開發純電動汽車,不過這個臨國的汽車巨頭其實在鋰電池方面的研究還是很有一套,并且應該很有效果,值得著磨下。
豐田自1997年率先量產其混合動力汽車Prius以來,便一直在混合動力汽車市場占據絕對的領導地位,2003、2009年又發布了Prius二代和三代,不過都是使用的NiMH電池。
直到2011年PriusAlpha,開始使用鋰電,此時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。
在鋰電池的研發上,豐田的思路是:第1代鋰電池解決安全可靠性問題,尤其是強調電芯的自身的安全性;第2代鋰電池,強調更好的性能,高能量密度,高功率。
影響鋰動力電池的風險因子,豐田分析包括:過充、外短路、碰撞、內短路。
對于過充,系統層面,采用雙檢測系統,同時對電芯和模組的電壓進行檢測;對于外短路,系統層面主要是通過電流關斷系統和主回路保險絲方案。
電芯層面應對過充和外短路主要思路是,當達到一定溫度時,能自動切斷電流,這主要是通過對材料、電極和結構來實現。
對于碰撞,總的思路是通過車身和電池包本身的結構強度來進行防護,而在電芯層面,豐田是下了一番工夫研究,采用了“隔熱層”(HeatResistantLayer,HRL)設計。HRL也被用來應對電芯的內短路風險,因為電芯的內短路,目前整個系統層面是毫無應對方案的。
隔熱層HRL的主要思路為,將HRL置于正負極之間,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
通過測試驗證表明,這種設計方案能較好的應對內短路。
測試方法(改進的JISC8714測試方法)
測試結果
為了驗證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年才正式用于量產的PriusAlpha。通過對這些車輛電池數據的收集與分析,基本論證了1代電池的設計方案。在1代電池的基礎上,進一步研發滿足各種高性能要求的2代鋰電池。
對電動汽車而言,安全永遠是第1位的。從今年的各種政策、規范和標準,國家也正是這樣的一種思路導向,首先要保證安全性,在此基礎上,會進一步對相關的其他性能提指標,如能量密度等。
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