全球电动汽车市场需求持续快速增长。据报道,阿维森纳能源公司的世界各地的汽车制造商将在2030年前向电动汽车投资数十亿美元[1]。大众计划投资大约400亿美元用于研发超过300种世界各地不同的电动汽车模型[1]。福特计划投资110亿美元在全世界推出40个新的电动和混合动力模型。通用汽车宣称2025年前出售20款全电动汽车[1]。在亚洲,丰田、本田和日产都积极计划推出各种各样的新电动汽车模型。中国汽车制造商宣称对电动汽车的开发进行重大投资。
人口和城市的显著增长,导致现有交通和能源解决方案面临挑战,推动着电动汽车需求的全球趋势。电动汽车投资领先的国家包括德国、中国、美国、日本、韩国和法国[1]。然而,从全球锂离子电池产量的百分比来看,中国以占全球产能60%的份额遥遥领先。韩国和日本紧随其后,各占全球生产能力的15%和17%。
电动汽车通过一个由充电电池系统供电的大型电动机的驱动[2]。可充电电池存储系统(RESS)电动汽车包括一个复杂的电池[2]。电池受控制释放的能量提供有用的电能,而不受控制释放的能量会产生危险的安全隐患。
锂离子电池仍然是电动车生产的主要选择。以下是目前市场上使用的锂离子电池类型的例子。
锂钴氧化物(LiCoO2)电池 | 特斯拉跑车和精灵电动驱动(ED)使用锂钴电池。这些电池能量密度高,寿命周期长,但热稳定性差,在运行过程中需要监控以确保安全[3]。 |
锂锰氧化物(LiMn2O4) | 多家电动汽车制造商使用锂锰电池混合锂锰钴氧化物(NMC)来提高能量和寿命(3)。 |
磷酸铁锂(LiFePO4) | 磷酸铁锂电池具有较高的功率重量比、高安全性和抗热失控能力。这些电池在汽车行业中越来越受欢迎。 |
锂镍锰钴氧化物(Li(NixMnyCo1-x-y)O2) | 包括尼桑、雪弗兰和宝马在内的制造商采用这些镍锰结合的锂离子电池,产生了优异的热特性[3]。 |
锂镍钴氧化铝(Li(NixCoyAl1-x-y)O2) | 特斯拉是目前已知的唯一一家使用锂镍钴铝(NCA)电池的电动汽车制造商,这些电池需要特殊的监测和安全防范措施。 |
锂离子电池面临特殊的挑战,比如热失控,它表现为电池温度突然迅速增加[2]。这些突然增加的温度可能会导致火灾甚至爆炸[2]。世界各地都有锂离子电池爆炸后起火事故[4]的零星报道事件。全面准确的检测对确保驾驶员的安全至关重要。
电池安全标准和法规要求在实际电池应用中发现的滥用环境条件下进行测试。电动汽车/混合动力汽车(EV/HEV)、2轮和4轮汽车、笔记本电脑以及可穿戴设备的电池标准包括但不限于:
IEC 62133 | 便携式密封二次电池及由其制造的电池的安全要求 |
SAE J2464 | 电动汽车电池滥用测试 |
UL 2054 | 电池组测试与认证 |
UL 2202 | 电动汽车安全充电系统设备标准 |
UL 2231-2 | 电动汽车供电电路安全人员保护系统标准:充电系统用保护装置的特殊要求 |
UN38.3 | 危险货物运输 |
ISO 12405-1 | 锂离子牵引电池组及系统 |
SAE J2380 | 单电池耐久性试验 |
GMW16390 | 通用汽车制造标准 |
为了识别温度、湿度、振动、输入电力等综合环境对电气和机电组件的安全、完整性、地面及飞行工作性能的不利影响,制定了综合环境测试标准MIL-STD-810H和方法520.5。
在综合环境中进行试验可能会产生在单个环境试验中不会出现的失效。这种试验方法的新特点是增加了输入电源作为环境;包括电压/频率的变化,以及系统固有性质的瞬变(如适用)。虽然几乎不可能完全复制在运输、存储、工作和维护期间的复杂环境组合,其目的是将有代表性的应力组合应用于被试验设备,以确定性能和功能。
晶钻仪器提供完整的电池测试解决方案,符合机械、湿度和温度测试各种标准和规范的强大的解决方案。采用IEEE时间同步的Spider-101温湿度控制器,方便地对电池、电气和机电元件进行温度、湿度和振动测试。它是具有以下优点的控制器:
- 一个用户界面,用于设置温度、湿度、振动等运行计划;
- 完全网络化,允许用户通过以太网连接多个硬件设备,允许一台PC机同时控制所有设备;
- 能够通过一个CAN总线提取电池信息,并支持各种动作,包括紧急关机;
- 使用一个软件应用程序访问和控制;
- 精确的时间同步数据采集;
- 一个综合测试报告——如果测试报告是由多个应用程序单独生成的,那么时钟和时间表将不会协调,这与晶钻仪器的EDM THV软件生成的集成测试报告不同。
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引用文献
1.Pillot, Christophe. “The Rechargeable Battery Market and Main Trends 2018-2030.” Stockage Batterie Conference on May 28, 2019 in Paris, France, Avicenne Energy, 2019.
2. Mok, Brian. “Types of Batteries Uses for Electric Vehicles.” Submitted as coursework for PH240, Stanford University, Fall 2016, http://large.stanford.edu/courses/2016/ph240/mok2/
3. Miao, Yu, et al. “Current Li-Ion Battery Technologies in Electric Vehicles and Opportunities for Advancements.” Energies, vol. 12, no. 6, 2019, p. 1074., doi:10.3390/en12061074.
4.Siacon, Aleanna. “Electric Car Batteries Can Catch Fire Days after an Accident.” Chicagotribune.com, Chicago Tribune, 18 Aug. 2019, https://www.chicagotribune.com/autos/sns-auto-electric-car-batteries-can-catch-fire-days-after-an-accident-20190531-story.htm