Introduzione
I veicoli elettrici (EV) sono progressivamente emersi come la preferenza dell'industria nel settore dei trasporti come risultato della maggiore attenzione alle energie rinnovabili e alla riduzione delle emissioni di gas serra su scala mondiale. Per ottenere la tensione e la capacità necessarie, la batteria ad alta tensione di un veicolo elettrico è tipicamente composta da numerose batterie disposte in serie e in parallelo. La sistema di batterie ad alta tensioneche costituisce la base di un veicolo elettrico, ha un'influenza diretta sulla sicurezza complessiva del veicolo.
Aspetti costruttivi e di sicurezza delle batterie ad alta tensione
I componenti fondamentali delle batterie ad alta tensione
Le celle della batteria (celle), il sistema di raffreddamento, il telaio strutturale, il sistema di gestione della batteria (BMS) e i componenti di connessione elettrica costituiscono spesso un sistema di batterie ad alta tensione. Le prestazioni di sicurezza di ogni componente sono essenziali per il sistema nel suo complesso.
Caratteristiche che rendono sicure le celle delle batterie
I componenti fondamentali dell'accumulo di energia sono le celle delle batterie. Per evitare reazioni sfavorevoli in circostanze difficili, i materiali delle batterie devono avere una forte stabilità chimica.Prevenzione della fuga termica， materiali per elettrodi positivi e negativi ad alta stabilità termica, nonché l'uso di elettroliti, sono aspetti importanti della progettazione delle batterie.Resistenza meccanica， una quantità specifica di urti e vibrazioni meccaniche deve essere sopportata dalle celle delle batterie.
La funzione del sistema di gestione della batteria (BMS)
Un elemento fondamentale per garantire il funzionamento sicuro della batteria è il BMS. Tra i suoi compiti principali vi sono:
Il monitoraggio dello stato è il processo di controllo continuo della tensione, della corrente, della temperatura e di altre condizioni di una batteria.Protezione contro il sovraccarico e la sovrascarica: protegge la batteria dai danni causati da queste situazioni.Gestione del bilanciamento della batteria: prolunga la durata della batteria preservandone l'uniformità tra le celle.
Diagnosi dei guasti: identifica e risolve rapidamente le situazioni insolite della batteria.
Sicurezza delle batterie ad alta tensione
Il design di sicurezza del sistema di raffreddamento
Quando le batterie vengono caricate o scaricate, si produce calore e un accumulo eccessivo di calore può essere pericoloso.Dissipazione efficiente del calore， Il calore prodotto dalla batteria può essere dissipato in modo efficiente utilizzando il raffreddamento a liquido, il raffreddamento con materiali a cambiamento di fase o il raffreddamento ad aria.Uniformità della temperatura， Per evitare un surriscaldamento localizzato, assicurarsi che la temperatura della batteria sia dispersa in modo uniforme.
La sicurezza del telaio strutturale
Oltre a schermare la batteria dagli impatti esterni, la struttura strutturale della batteria deve Costruire una struttura con resistenza agli impatti in modo che la forza d'urto possa essere assorbita e distribuita.Utilizzare materiali ignifughi per ridurre il rischio di incendio.
È inoltre importante considerare la sicurezza dei componenti elettrici di collegamento. Una disposizione elettrica ragionevole deve essere progettata per evitare cortocircuiti causati da contatti difettosi o dall'usura.
Resistenza alla corrosione: Per garantire la stabilità a lungo termine del collegamento, utilizzare materiali resistenti alla corrosione.
Gli effetti dell'invecchiamento delle batterie sulla sicurezza Con l'utilizzo, le batterie finiscono per invecchiare, il che potrebbe avere un impatto sulla loro sicurezza:
Decadimento della capacità: con l'invecchiamento del veicolo, la capacità della batteria può diminuire, riducendone la durata. Maggiore resistenza interna: durante la carica e la scarica, una batteria con una resistenza interna più elevata può produrre più calore. Diminuzione della stabilità termica: con l'invecchiamento delle batterie, i materiali che le compongono possono diventare meno stabili dal punto di vista termico e vi è una maggiore possibilità di fuga termica.
Standard e test di sicurezza
Per garantire la sicurezza del sistema di batterie sono necessari diversi test di sicurezza: test meccanici, che comprendono vibrazioni, urti e altri test; test elettrici, che comprendono test di sovraccarico/scarico e cortocircuito, tra gli altri; test termici, che comprendono test di fuga termica e stabilità, tra gli altri.
Le auto elettriche dovrebbero essere dotate di sistemi di risposta alle emergenze e di un sistema di allarme di sicurezza in grado di avvisare i conducenti di possibili pericoli prima che si verifichino.Meccanismo di allarme， previsione di possibili problemi di sicurezza in base all'analisi dei dati del BMS.Protocolli di emergenza， come il rilascio sicuro della pressione, l'interruzione rapida dell'alimentazione, ecc.
Educazione degli utenti e sicurezza delle operazioni
Anche il modo in cui gli utenti utilizzano i veicoli elettrici ha un impatto diretto sulle prestazioni di sicurezza della batteria:Caricare correttamente， seguire le linee guida di ricarica del produttore e utilizzare un caricabatterie appropriato.Evitare l'abuso， evitare di utilizzare il veicolo in condizioni estreme, come ad esempio temperature e umidità elevate.Manutenzione periodica， controllare regolarmente il sistema della batteria per individuare e risolvere i problemi in modo tempestivo.
Potenziali pericoli delle batterie ad alta tensione
Nonostante le avanzate caratteristiche di sicurezza delle batterie ad alta tensione dei veicoli elettrici, esistono ancora alcuni potenziali pericoli.
Descrizione: aumento rapido e incontrollato della temperatura che può provocare incendi o esplosioni.Cause: sovraccarico, danni fisici, difetti di fabbricazione o riscaldamento esterno.Attenuazione: una gestione termica efficace e un BMS potente sono essenziali per prevenire il thermal runaway.
Cortocircuito elettrico
Descrizione: contatto diretto tra l'elettrodo positivo e quello negativo, escludendo la resistenza interna.Causa: difetti di fabbricazione, danni fisici o contaminanti conduttivi.Attenuazione: processi di fabbricazione di alta qualità e sistemi completi di rilevamento dei guasti.
Perdita di elettroliti
Perdita di elettrolita liquido, che può essere infiammabile e corrosivo.
Danni fisici o difetti di fabbricazione.Alloggiamento robusto e protezione meccanica.
Scossa elettrica
Descrizione，Esposizione all'alta tensione elettrica, con conseguente pericolo per i passeggeri e i tecnici.
Causa: guasto dell'isolamento, manipolazione impropria o incidente.
Misure di mitigazione， Isolamento adeguato, misure di isolamento e protocolli di sicurezza per la gestione dei sistemi ad alta tensione.
Conclusione
La sicurezza dei veicoli elettrici è un progetto sistematico che coinvolge molteplici aspetti come la progettazione delle batterie, il sistema di gestione e le abitudini di utilizzo. Ottimizzando continuamente tecnologia delle batterieRafforzando la gestione della sicurezza e sensibilizzando gli utenti, è possibile migliorare significativamente la sicurezza dei veicoli elettrici e promuoverne una più ampia applicazione.
