电动汽车(EVS)的电池需要保护苛刻的外部条件。通常位于车辆的下侧,EV电池外壳保护细胞免受水,灰尘,碎屑等元素暴露。与其他外壳一样,EV电池外壳也经过温度和压力变化,可能导致出现问题而不适当通风。但是,EV电池呈现出独特的排气挑战,包括潜在的危险的热失控条件。考虑到这些挑战,整合设计,制造,安装和测试对于最佳的EV电池通风性能至关重要。

EV中的许多组件需要通风。照明,喇叭,电子产品,动力总成和其他组件均经历来自电子电路的天气条件,水分或热量产生的温度变化。这些温度波动产生组件内的压力变化。高度的变化也可以触发压力变化。例如,艰巨的派克的峰值可能导致压力变化高达140毫米(2 psi)。

膨胀的聚四氟乙烯(EPTFE)膜已被证明有效地通风通风机箱和提供压力均衡。该材料允许气体进出外壳,但有助于防止液体和颗粒污染物进入外壳。

EV包独有的挑战

许多EV组件都需要通风。

随着暴露于其他汽车部件所经历的各种元件,电池组由于其位置,尺寸和化学构成而产生额外的挑战。位于车辆底部的包装可以暴露在水外面或淹没,因为车辆横穿稳定水。道路水可能包括盐和其他腐蚀性化学品。洗车可以将车辆暴露在不同温度的高压喷雾中。灰尘,碎片和振动也会影响电池组。

EV电池组的大小也存在挑战。重量高达2,000磅(907千克),包装含有数百 - 有时千分之一的细胞,具有大的空气量,可以随着压力施加在外壳上。这产生了显着的通风,需要考虑由于高度或温度变化引起的差压。

也许通过EV电池组的最大挑战是热失控的可能性。如果通过穿孔,过度收振,制造缺陷或其他原因损坏锂离子电池电池,则它们可以释放气体和热量。这可以触发其他细胞来分解,导致热失控条件,其中细胞释放的快速增加的温度和压力超过EPTFE膜通风口的通风能力。此时,通风口不能允许气体足够快,并且需要额外的减压释放以避免破坏电池组外壳,这通常由轻质材料制成以节省体重。

双阶段通风缓解热失控

经证明,ePTFE膜在EV通风罩中是有效的。

双级排气为电动车电池组的独特挑战提供了有效的解决方案。第一阶段-被动排气-通过ePTFE膜处理温度和压力的逐渐变化。第二阶段——主动排气——允许排气口破裂,气体在热失控的情况下迅速逃逸。

双级通风包括ePTFE膜(蓝色),在热失控条件下突出。

例如,将在1,500毫巴(21.7 PSI)的压力下破裂的外壳可以配备有主动通风系统,可在300毫巴(4.3 psi),远低于破裂压力。没有主动通风,外壳会迅速破裂。

通过双级通风,单个组件可以帮助实现被动和主动通风功能,并有助于控制释放气体的压力和位置。通常位于外壳的顶部或侧面,通风口可以位于允许受控的气体释放,这通过允许设计者确定释放的位置来帮助减轻风险。

为了适当地结合双级通风,解决方案应集成设计、制造和测试考虑;例如,排气口的尺寸需要在电池组和车辆设计中加以考虑。虽然双级通风口的直径小于50毫米(1.9英寸),高度约为10毫米(39英寸),但电池组的空间通常是有限的。还应考虑是否适合更换通风口。

(左)双级排气装置在正常运行时能够堵塞水和污垢,并在热失控状态下允许热气体逸出。(右)第二阶段(主动)排气可以在一个可控的方向破裂,并有助于防止整个电池组破裂。

制造过程中的易于安装和效率是整个电池组解决方案的关键,特别是如果包装将由大容量制造。根据外壳材料,可提供不同的配件。刺刀四分之一转型拟合是最常见的,但螺纹配件可行,具有足够的外壳材料厚度。还应提供通风口周围的排水,以允许水的径流到达通风口。在解决方案中也需要考虑体重和成本。虽然通风口体重低于15克(.53盎司),但它们有助于电池组的总重量和成本。

第二阶段(主动)通风与被动通风结合使用可以防止外壳破裂。

所需的通风口数量将根据申请而有所不同,但常见的做法是为完整的EVS和至少一个用于混合动力车的通风口提供至少两个通风口和最多12个通风口。气流需求取决于自由风量和预期的标称操作压力。经验丰富的通风合作伙伴可以帮助分析电池组并提供通风建议。

因为热失控事件可以产生超过膜的熔化温度的温度,所以活性通风口的关键特征需要设计和制造通风口,使其在熔化之前爆发,允许在峰值温度在整个包装中延伸之前逸出。热失控事件的压力增加将以声音的速度在整个包装中均衡,而热量需要时间漫射,因此通风口可以快速爆裂并允许气体逸出。

测试至关重要

通风口应彻底测试以展示性能,具有多种压力和温度循环,热失控,入口保护,振动,热冲击和盐雾的质量检测。压力循环测试应包括足够数量的循环以模拟产品的设计寿命。入口保护(IP)应至少提供IP67的评级。标准测试可用于大部分参数,尽管压力循环和热测试可能需要根据应用程序的自定义测试。

与泄漏测试的兼容性是另一个考虑因素。理想情况下,通风口端口也可以作为泄漏测试,服务和检查的端口。这有助于最小化包装中的孔数。如果通风口在测试期间保持安装,则发出通风口可以承受泄漏测试引入的真空压力也很重要。

建议使用标准化和定制测试的组合来验证EV电池。

由于排气在电池组设计中是必要的,双级排气有效地在一个组件中提供被动和主动排气。然而,适当的发泄需要在整个过程中进行仔细的计划和整合,不应该被视为事后的想法。为了获得成功的解决方案,汽车和电池组制造商应该聘请经验丰富的排气合作伙伴,拥有分析问题和制定精确解决方案所需的专业知识和资源。合作伙伴应具有经过验证的业绩记录,解决方案应得到其他oem的认可。

通过强大的伙伴关系,利用通风和电池组制造商的专业知识,双级通风可以贡献EV的成功生产和运营。

本文是由Jake Sanders,Donaldson Company,Inc。(Bloomington,Mn)的通风解决方案团队的监督工程编写。联系砂光机此电子邮件地址受到垃圾邮件程序的保护。您需要启用Javascript来查看它。;952-703-4868。有关更多信息,请访问这里


电池技术杂志

本文首次发表于2020年8月号电池技术杂志。

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