电动汽车行业中的消防安全

红外成像在电动汽车行业中的应用焊接为构成电池组，必须将锂电芯单元焊接在一起。但若焊接不当，成品可能出现故障。阻抗和输出可能受到影响，电池的寿命也会受到直接影响。焊接情况通常由工厂工人手工检查，但这是一种破坏性测试方法，可能导致电芯破裂。而红外成像是一种无损、非接触式焊点检测方法。借助焊缝呈现出的微小温差，我们可以轻松检测出焊接不良的焊点。焊缝不规则或温度略高即表明焊接不当。在美国，这种检测方法已被各行各业普遍采用。电芯漏液制造过程中随时可能发生肉眼几乎无法察觉的电芯漏液，从而导致电池组损坏。泄漏的电芯一旦接触到皮肤，就会带来极大危险。我们可以使用质谱仪等检测漏液，但还有更适用于检测此类微小规模漏液的方法：红外成像。当电芯密封破裂时，液体会积聚在电芯外层，此时可检测到温差。如图所示，高分辨率红外热像仪无需接触即可在几秒钟内高效识别此类微小规模漏液。（图7）图6. 红外检测窗资料来源：Teledyne FLIR图7. 使用T系列热像仪识别电芯漏液升温不均尽管每个阶段都会进行充分测试，偶尔仍会有故障电芯进入生产线。在测试阶段中，故障电芯可能会呈现出微小温差。肉眼可能无法看到此类温差，而使用热像仪则可轻松捕捉。如图8所示，热像仪的温度读数精确到小数点后一位，能够捕捉微小升温。制造期间升温不均的另一个例子发生在组装电池组后的测试过程中。在充放电循环过程中，电池组容易发热。而在此测试阶段中，若不监测温度，电池组极有可能起火。虽然可使用热电偶进行无损接触监测，但该方法一次只能监测单个点的温度。锂着火速度极快，且一旦与水接触就会发生反应，因此若锂电池在工厂中起火，灭火将非常困难。（图8）充放电测试的最后阶段涵盖锂离子电池的充放电。在此阶段中，电池组的温度可能会升至高出环境温度5至6℃。我们可以使用热成像仪记录锂离子电池组的表面温度，并在不接触电池组的情况下估计其内部温度。在电池组充电时，我们可以透过表面清晰地看到其中的热点。这有助于我们查明潜在问题并定位问题。（图9）由此，可全天候监测被测电池，以防任何电池发热引发火灾。FLIR 白皮书 预防性维护 电动汽车行业中 的消防安全 利用温度监测为 蒸蒸 日 上的 电 动汽车行 业提 供 解 决方 案 者: Veronica Singh 温 哥华 不列颠 哥 伦 比亚大学文理学士学生 引言 近年 来,电 动 汽 车 (EV)行业 增 速迅猛。气候 变 化危 机令人担 忧,取 代 现有燃油汽车迫在眉睫,电 动汽车因此大受 欢 迎。 随 着 对 电 动 汽车 的需求 显 著增加 ,电池组 的生产制 造 需 求 也水 涨 船 高,相关挑 战 日益严峻。电 动 汽 车产 量的激增 还 带来了 多起 严重 火灾 事故 。此 类 事故 并不局限 于 小型企 业 , Tata、TESLA 及 OLA 等 巨头 亦 无法 幸免 。这 一话 题进展迅速,所 有 事 故 的背后 可能存在 多 种 原因 。 红 外成 像正是 一 项 有 助 于 减 少 事 故 的高科技解 决方 案。本 文 涉及 电 动 汽 车 的预 防 性 维护 和材料研究。 如 需 理 解 应用 ,首 先必 须了 解 一 些 基 础知 识 。因此 ,在讨论 主要应 用 前,我将 介绍 这些知 识 。 锂离子电池基础知识 锂 离 子电池 具有多项引 人注目的 优势,其中 最具 吸引 力 的 是 锂的 电负性及 其低 密 度的 结 合。在 固 体 元 素 中 ,这 种 组合 每 单 位重量 产生 的电 能 最 多 。 标准 锂 离 子 电 池 包含阳 极 和阴 极。阴极 材 料 通 常 采用氧 化 锂 ,阳 极 则采用 碳 基 化 合物 。电 子 在阴极 和 阳 极 之间 不断进行 内部 移 动 ,形成众所 周知 的 可 充 电电 芯 。 若 化 学 电 池 的 阴极 为可接收 锂 的 化 合物,锂离子就 会在充放 电循 环 过程 中逆向 流 动 。电 池中 的氧 化还原反应使 电池 可以充放 电 。(图 1、2) 资料来源:印度时报 资料 来 源:印度时 报 图 1.料来源: UL Research Institutes 制造流程 1.分 拣 电 芯 通常 进口自 印度 制 造商,为 确保不会有 缺 陷 电 芯进入生产 线 ,必须 人工分 拣电 芯 ,检 查 每 个电芯 是 否明显 畸形 或损 坏漏 液 ,及 其内阻 范围 。这 些因 素 决定 了 电 芯 的 状态,也与 成 品 质 量 息息 相 关。 2.制 作电池组 根 据所 需输出 规 格 ,将所有 电 芯 以 串联或 并 联的 形式焊 接 为电 池 组。电 池组的 基本结 构 由 此形成。在 这 一过 程中 ,需要手 工检 查 电 池 组是否 存在 焊接 变形 。电 池 组 能否 进 入生产线 取 决于 其 内 阻 和 阻 抗 。 3.组合电池组 利用 电 路 和 控 制系 统 连接 电池组 。至此 ,锂 离 子 电池组制造 完成,随后 将被分 销 给 电 动 汽 车制造 商 。 4.测 试 通 过 进 行充放 电循 环测试 成品。在这一过 程 中 将监测电池的 特性 。(图3) 红外成像基础知识 红外 成 像 的原理 是物 体 会 发 出红 外 辐 射 。肉眼 无 法 看 到 这种 辐 射 ,但利 用针 对其特 定 波长优 化 过的热像仪就可 以 看 到。(图 4) 虽然 可 以使 用热电偶估 算特 定点 的 温度 ,但 这 样一次 只 能 获 得 单 个 点的数 据,且热电偶 必 须紧 密 接触 待测物体。使用 热像仪 则可 查 看大量此 类 点,无需接触即可 在 运 行条件下 从 安全 距 离监 测物 体温度。此类热像仪的 测 温精 度可 达0.1摄 氏 度。 作 为 一 种 非接触 式、无损测试及 监 测方 法,红 外成 像 被 广 泛 应 用 于 其他 行业 的 消防 安 全领 域 。 可见光与红外线 仅当物体的 温度 达 到 1000℃时,肉 眼 才能 看 到其 热信 号 。而 红 外 热像仪 可利用其红 外探测器捕 捉 温 度低 至 -60℃的 物体 的 热信 号。 红 外 技 术可 以 在 没 有 光 线 的 情况 下 使 用 ,但 与夜视 摄像机 大相 径 庭 。两 种摄像机 的 不 同 之处在 于 波长。 夜 视 摄 像 机可增 强微弱光线 ,而 红外 热 像仪能够 捕捉物体 发出 的 热信号。红 外热 像 仪 适 用 于 绝 对 黑 暗环境。(图5) 一些特点 该 技术存在一些 限 制 :红 外热像 仪 只 能读 取 表 面温度,因 此无 法 看 透 玻璃。 但 该 技 术能够 看透雾、薄塑料 和红外检测窗 ,安装 这种检测窗 即 可看 透 表 面 。 红外 热像仪 的可 视距离取 决于 分 辨 率、镜头 尺 寸 和探测 器 数量。(图 6) 一些应用 红外 热像 仪被 广泛应用于 各 行 各业 。 以 下列举 部 分 应用 示 例 : ●电 力公共设施 中 的预 防 性维 护 ●石油和 天然气行 业 中 的预 防 性维 护 、挥发性 有机化合物 可视 化、熔炉检 查 和火炬监 测 ●制 造 业公司 o预 防 性维 护 o 质量保障 研 发 红外成像在电动汽车行业中的应用 焊接 为构 成电池组,必 须 将 锂电 芯 单 元 焊 接 在一 起 。但 若 焊接 不当,成 品可 能出现 故 障。阻 抗 和 输 出可 能受到影 响,电池的 寿命也会受 到直 接 影 响。焊 接 情况 通 常由工厂工 人手 工 检查,但 这是一种破 坏性测 试 方 法,可能 导致 电芯 破裂 。 而红外 成像 是 一 种无损 、非接触 式 焊点检测方 法 。借 助焊 缝 呈 现 出的 微 小 温差 ,我 们 可以 轻 松 检 测 出焊 接不良的 焊 点 。焊 缝不 规 则或温度 略高 即 表明 焊接不 当 。 在 美 国,这 种检测方法已被 各 行 各业 普遍 采 用 。 电 芯漏液 制 造过程中随时可 能 发生肉 眼 几乎 无 法 察觉 的 电 芯 漏液 ,从 而 导致电池组 损坏。泄 漏 的 电 芯一旦接 触到 皮肤,就会 带 来极大 危 险。我 们 可以 使 用 质谱 仪 等 检 测漏液,但还有更适用 于 检测此类 微小 规模漏 液的 方 法 :红 外成像 。 当电 芯密封破裂时 ,液体 会 积 聚在 电 芯 外层,此 时 可检 测 到 温差。如图所 示,高 分 辨 率红 外热像 仪 无需接触即可 在 几 秒钟内 高效识 别 此类 微 小 规模漏液 。(图7) 图 6.红外检测窗 料来源: Teledyne FLIR 图7.使 用T 系列热像仪识别电芯漏液 升温不均 尽管每 个 阶段 都 会 进 行充 分 测 试,偶尔仍 会有 故障电 芯进入生产 线 。在 测 试 阶段中,故 障电 芯 可能 会 呈现 出 微 小 温差。肉眼可能无 法看 到此 类 温差,而 使用 热 像 仪则 可 轻 松捕 捉 。 如 图 8所 示,热 像 仪的 温 度 读数 精 确 到小 数 点 后 一位 ,能 够 捕捉 微小 升温。 制造期间 升温 不 均 的 另 一 个 例子发 生 在组 装 电 池组 后的 测试过程 中。在 充 放 电 循 环 过程中 ,电池组容 易 发 热。而 在此 测试阶段中 , 若 不监 测温度 ,电池 组 极 有可 能 起 火 。虽 然 可 使用热 电 偶进行无 损接 触 监 测,但 该 方 法一次 只能监 测单个 点的温度。锂 着火 速度 极 快 ,且 一 旦与水接触就会 发生反应,因此 若锂电池 在工厂中起 火,灭 火 将非常困难。(图 8) 充放电 测 试的 最后阶 段涵 盖锂 离 子电池的 充 放电。在 此 阶段 中,电 池组 的 温度可 能 会 升至高 出 环境温度 5至 6℃。我 们 可 以 使用 热成 像 仪 记 录 锂 离 子 电 池 组 的表 面温 度,并在不 接触电 池 组的情况 下 估 计 其 内部 温 度。 在 电池 组 充 电时 ,我 们 可 以透过表 面 清晰地 看 到其中的 热 点 。这 有助 于我 们 查明潜 在问题并定位问 题。(图 9) 由 此,可全天 候监测 被 测 电 池 ,以 防 任 何 电 池 发 热引 发 火灾。 电动汽车 电动 汽 车 由 电池、电 机 和逆 变 器这 3个主要 部件组 成 。汽 车 组装 完 毕后,可在 使 用 过程中 利 用 红外技术 监测 其 温 度变 化。(图 10) 考 虑 到 最近 在 印度电 动 汽 车 起 火次 数攀 升 ,这项 应 用 极 具 价 值,因 为 它 不 仅 为 电 池制 造过程提 供了解决方 案,还 能监 测机 器 的 其 他 部件。(图 11) 正在进行充放电循环的电池 EV 电机 0000 逆变器 图10 电池 图11.电动汽车 内 部图像 结论 尽管 可 用 于 电动 汽 车生产 线 的 预 防方 法 种 类 繁多 ,但该 解决方案 可为这 一特 殊 行业 提 供 预防性 维 护 、消 防和 安 全措 施 。红 外 成 像 技术可 监测 目 标 物体并检 查故 障 ,适 用于 生 产 过程 中的各个环 节。 这项技 术不 仅 有助于识 别 缺 陷 和 故障,也 对 参与 生产 的 工人 及 使 用电 动 汽 车成 品 的 客户的安全 至关 重 要,因为若使 用 或 维 护 不 当 ,电 动 汽车极 易 起火。采 用这 项 技 术可在机器 起 火前迅速 捕 捉 微 小 温差 并识 别升温不 均现 象,从 而 提 高 安全 性 。 人工 检 查 可 能 遗漏故障系统,而 使用 红 外 热像仪就几乎不 会,因 为 在红 外范 围内工 作的 红 外热 像 仪 的 工 作原理是将热 信号转 换为 可视 信号 。 该行 业的供需 同 步 增 长,因 此 需要更 可靠 的 测试 和 数据 以 预防风 险、保 障安全,而 红外 热 像仪已 被 证明是能够 降低 电 动汽 车 故 障 率的 理想选 择 。 特励达菲力尔中国公司总部 前视红外光电科技 (上海)有限公司 全国咨询热线:400-683-1958邮箱: info@f lir .cn www.filr.cn