混合动力车辆在结构上与普通汽油车没有太大差别,保证碰撞中安全的重点主要在电池防护方面。以应用较为广泛的锂电池来说,对于手机电池来说,平时会碰到发热的问题,如果充电不当比如使用劣质电池或充电器,会出现鼓包等问题,遇到电池破损,可能还会出现起火或爆炸的情况。一块手机电池的容量大概有10瓦时,而混合动力汽车的电池容量最小也有几千瓦时,相当于背着几百块手机电池。汽车背着这么大的电池组,如何保证安全?
如何降低快速充放电过程中的发热?如何避免短路?如何提高电池的使用寿命?在碰撞中如何保证电池不受损?
锂离子电池现阶段在汽车上的应用主要有两种方式,一种是圆筒状的18650电池,一种是层叠式的电池。层叠式电池的容量大,且电池厚度薄、表面大,均热、散热能力都不错,一般都会采用被动式热管理系统,由空气的自然对流将热量带走。电池组上没有任何的风扇、冷却液管道等热管理系统。
本田混动车在后座两侧和后备箱里都有相应的出风口,内部也有风扇进行降温。相反18650电池的个头比较小,容量相对也较小,因此相同电池容量下数量更多,为了防止单节电池温度过高,电池管理系统 (BMS)会复杂管理一套极其复杂但均匀分布的冷却液管道,让每只电池能很好的跟管道相接触,这样每只电池在冷却时带走的热量也几乎一样的。
内在的安全隐患主要是电池散热,而外在的安全隐患则是对于火、水、撞的防护。
像本田混动车的车载锂离子电池组是有高强度金属外壳密封的,把车辆放置于燃烧环境中,电池在燃烧环境中的危险性并不比汽油车的油箱大。而且金属密封装置,只要其泡水情况不是很严重,电池组一般不会进水,一般下雨天积水路面大可不必担心电池的安全,淌水性能可以保证。其实我们在评判混动车型的安全性时,会将汽油车作为一个对比,只要安全性与普通汽油车相当,也就完全能够满足我们的使用需求。
首先需要说明的是,手机锂电池和车用的锂离子电池组并不是一个东西,尽管原理相同,但是实际的使用场景和使用方式差距较大。以循环寿命来说,根据国家标准GB 31241-2014,正常的手机电池需要保证在充放电循环500次之后电池容量剩余不少于标称容量的80%,目前的电池很多会比这个数据好一些,比如有些电池有些循环可以达到800次甚至更多,快充可能会导致循环寿命减少,但是也满足500次80%的国家标准。
一台手机用一两年也就换了,但是车子至少要开个十年八年,若是由于电池劣化导致三五年后续航里程明显缩短,就会损害用户的用车体验。车企当然也会重视这部分问题,也有相应的技术可以解决,比如将一般锂电池的负极改为钛酸锂材质,可以有效提升电池的寿命。
如果锂电池破损确实可能会引发燃烧爆炸这样的问题,这也是为什么飞机上不允许托运锂电池的原因。
一般我们看到的手机充电爆炸这类事故,主要是因为使用劣质的充电器或电池引起的,而这在汽车上不太可能发生,车辆搭载的锂离子电池性能会更稳定,比如配图中本田雅阁混动版搭载的锂离子电池模组。说回混动车辆的电池安全更多的是被动安全,尤其是在碰撞事故中的,保证电池不受损,以及电路不发生短路、漏电等事故。
以本田混动车为例,它的电池组安装在后排座椅后方,和位于全部的油箱等高压电系统一样,都同处于承载式车身结构的保护区当中,相对来说是非常安全的,无论是前面的撞击还是遭遇追尾等事故,都会有吸能溃缩区作为缓冲。