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按照之前所谈的,由于电池模组作为一个产品层级的重要性在处理,我们也可以把构建这一层级的需求定义和验证计划,作为一个核心的工作来做。如下图所示,模组层级其实已经吸收了电芯层级的特性,把安全性一部分代入进来。然后需要遵守GB/T的要求,也需要分离出自身的功能性要求;最后一部分是耐久性,由于电芯本身的一些特性,对在模组附件部分产生了影响,这部分也需要在这里进行评估。

                                           

图1 模组验证计划的思考

这里主要先来谈一下安全性部分的要求,也是给一个基本的思考。

电池模块的设计需要满足一定的安全、机械和环境的要求,特别是安全性能,这些要求一方面根据外部的法规要求,如《GB/T 31485-2015 电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》一方面是从整个模组在生命周期内遇到的典型的失效模式去考虑。如下图所示:

图2 模组安全性实验考虑

在电池模块层面由于一般处在下电状态,没有电池管理模块的控制与管理,处在相对开环状态,其安全性能比电池系统总成层面要求更高;电池模块自身的设计具有一定的结构强度,能够降低极端环境下的风险。由于未来各个企业上量,整个模组作为生产、维修的基本单元会在各个层面出现,所以很多的控制手段不仅仅要考虑在车上的设计。

电池模块级别的安全性能测试更能体现系统安全性的设计考虑。针对电池模块上述的设计要求,设计相应的试验项目测试验证,为电池模块层面的测试验证内容。

安全性能主要通过相应的滥用试验来验证,验证在极端环境下电池模块不会出现对人身安全 产生威胁的因素,主要包括电性能、机械性能和环境性能滥用测试。

1) 电性能安全实验

这里面主要包括两部分,一部分是根据国标要求,过充电和过放电性能测试、短路测试和海水浸泡测试。

表1 国标的基本要求

还有一部分是,根据具体的模组失效形式,对每个部分可能存在的危害进行确认,然后予以安全性的实验认定。以短路为例,需要考虑的分别为:

  • 内部采样线短路:考虑连接点在寿命使用过程中,出现连接脱落的情况,然后与其他导电部分进行连接的情况。

如下图所示,前几天我自己去处理故障模组,也出现单根采样线剪下来,与单节电池短路之后出现打火的情况。这里有导线磨损的情况,也有脱落的情况。主要是从长期性考虑,还有模组经受一定的滥用的情况。

  • 半包短路:任意在MSD(内部熔丝),其实也会在内部熔丝之间如果发生短路的时候,多个模组串联短路的情况。

  • 内部小并联单元短路:在多电池并联的时候,防止电池内短路时,并联电池电流倒灌所有并联电池外短路 。电池单体熔丝可以做到电池里面、电池Tab上面和电池极柱与母线连上,这里主要确认在这个事件发生过程中,单体会不会热失控。

  • CMU内的短路:CMU的短路,主要是考虑整个采样回路路径对单体的影响,还有供电端的影响。如下图所示,在采样连接器单体电压输入端放置熔丝固然是远,如果配合Bonding的熔断电路也可以作为组合措施。

在海水浸泡过程中,也是可以细分和分类。从车上去考虑是一方面,还有一方面是从中转和维修处去考虑。

2) 机械性能安全实验

挤压测试、针刺测试(在三院里面,给丢出来)、跌落测试等常规内容。

还有一部分就是整个模组与人员的接触,虽然我们尽量初期把普通人与模组进行隔离,但是未来由于模组作为基本的维修单元,势必需要与各种维修人员,甚至第三方维修人员开始接触,这个过程势必让模块承受各种意向不到的机械滥用。比如蹲坐、踩踏等等,我们能够想象得到这个安全初步释放的过程。

图 这个替换一下可以给你很多联想

3) 环境性能安全实验

在国标里面主要是,模拟火烧测试、高温储存测试和热冲击测试等内容。实际电池模组在物流过程中,由于包装的原因,如果并不是直接上Pack的,整个周转过程中,所受到的环境应力就已经值得我们仔细考虑这个问题。

图 物流包装和整个中转过程的问题

小结:抛砖引玉,在未来各个环节的节约成本过程中,我们要不停迭代各个考虑的角度。

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