動力電池

動力電池危害模式和風險降低分析方法HMRMA（二）

第一電動大牛作者 129Lab 2017-09-25 08:41

繼續(xù)電池危害風險分析的話題【參見：動力電池危害模式和風險降低分析方法HMRMA（一）】，前面主要介紹了危害模式和風險分析的一些定義和風險的相關計算，這里繼續(xù)說一下危害的檢測和控制（Hazard Detection and Control）。

指示器（Indicators）

這里的指示器是指可觀測到的危害的跡象、信號，或者是危害發(fā)生前的其他信息。這里的關鍵詞是“危害開始之前”，當然也可以擴展到“危害發(fā)生過程中”，以及“一個危害引發(fā)另一個危害之前”（這通常具有一個較高的嚴重度S）。指示器可以是不同的東西，可以是硬件、軟件。例如：

溫度傳感器，檢測過溫的情況
SOC算法，可以用于過充情況的檢測
互鎖回路，用于檢測高壓線路的連接完整性

控制（Controls）

控制是通過先占（先發(fā)制人，屬于搶占機制，即該機制處于更高優(yōu)先級，優(yōu)于下一個機制先發(fā)生，這是主動機制）、或至少是預防（此時置信水平L=0）的方式來減少危害發(fā)生或發(fā)生可能性的各種方法?！翱刂啤焙汀爸甘酒鳌笔蔷o密結合的，通常，“指示器”負責提供潛在危險情況的信號，然后“控制”做出相應的行動來中斷危險事件的發(fā)展。

“控制”分為兩大類：

1) 控制可以是用于阻止事件向著危險情況發(fā)展的方法。這些方法可以是某一種工具、設備，或者某一種設計等。例如

a) 單體電池的泄氣閥。當單體電池內部的壓力達到一定累積之后，泄氣閥可以被觸發(fā)，釋放內部壓力，防止內部壓力累積達到危險的程度。

b) 高壓繼電器。當諸如短路等事件發(fā)生時，繼電器可以切斷高壓電路，防止了因短路可能造成的電池放熱事件。

c) 防撞保護設計。將電池包的安裝位置設計在防撞區(qū)域，防止汽車事故中電池被碰撞。

2) 控制可以是用于處理、預防、規(guī)避危害情況的流程和培訓。

危害控制值（Hazard Control Number）

控制的影響用0-1之間的數(shù)值表示，稱作危害控制值HCN。HCN=1表示沒有采用控制措施。HCN=0表示成功采用了控制措施，防止了相關危害。HCN范圍及其對應的描述見下表。

當控制方法（control）設定好之后，又會產生一個新的HCN1，這樣，初始的HRN0=S*L需要再跟這個新的HCN1得到一個新的危害風險值（Harzard Risk Number）HRN1，并依此類推。例如:

HRN0=S*L

HRN1=HRN0*HCN1

HRN2=HRN1*HCN2

……

案例分析

這里舉個例子說明如何使用HMRMA（Hazard Modes & Risk Mitigation Analysis）工具。這里以單體電池過充危害風險分析為例。例如，單體電池充到200%SOC可能會造成著火。根據這個過充的影響，根據下表可以將嚴重度S定為5。

另外，假設在100000倆車中，全生命周期內一共發(fā)生500次的200%SOC過充，則可以得到對應的危害發(fā)生率ROO為5000ppm，根據下表可以得到置信水平L為6，則初始危害風險值HRN0=S*L=5*6=30。

接下來要考慮風險的控制。例如，為了降低過充這個風險，需要設計幾個預防的方法。

第一個可能的方法在單體電池這個層級進行預防。譬如，在電解液里面添加阻燃添加劑，或者使用其他更加安全的正負極材料。這些方法通常需要花費很長的時間和大量的測試驗證。此外，在這個過程中還需要重新反復的重新識別新的危害模式和新的嚴重度，以便確定最合適的材料。盡管花時花力，但是這種控制方法是不會影響置信水平的。

另一個可能的控制方法是考慮通過更高層級的系統(tǒng)的檢測和控制來降低危害發(fā)生的可能性，這一類方法或許更加經濟有效。例如，在電池包的關鍵位置布置幾個溫度傳感器，將單體電池的溫度和溫升信息上報給BMS，BMS就有可能可以檢測到過充時發(fā)出的指示信號（這種信號就是前面講的Indicator），從而BMS采取相應的操作，譬如，斷開繼電器。這些方法就會得到新的HRN1，從前面可以知道，HRN1的數(shù)值會比HCN0更低，危害風險值得到了一些降低：

HRN1=HRN0*HCN1=30*0.7=21

如果將相關的指示器I、控制C以及檢測方法#1（#2， #3，……）等信息列入下表，就能得到一個HMRMA表格工具。這里進一步說明一下，假設HRN=21還是大于目標風險值，則可以設計第二種風險降低方法#2，例如加入電壓傳感器檢測過充時候的其他指示信號（indicator），例如，檢測到電池不均衡等。此時可以進一步得到HRN2：

HRN2=HRN1*HCN2=21*0.6=12.6

這樣就能將危害風險值進一步降低。同樣的，對于短路、擠壓，或者其他一些危害事件，都可以采用類似的分析方法，這樣就將電池的危害及風險進行具體的量化了。