這里聊一下動力電池的危害模式和風(fēng)險(xiǎn)降低分析(Hazard Modes & Risk Mitigation Analysis,HMRMA)方法。HMRMA一般遵循以下三個(gè)原則:

1.風(fēng)險(xiǎn)評估和降低需要對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行量化

2.HMRMA需要包括所有感知、控制、保護(hù)方式,以及對最高等級系統(tǒng)的影響

3.HMRMA在所有層級(電芯、模塊、電池包、整車)的設(shè)計(jì)過程中是不可或缺的工具

HMRMA方法主要包括兩個(gè)步驟:

第一步:識別危害、估算相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)

第二步:檢測和控制風(fēng)險(xiǎn)

這里主要介紹第一步里面涉及的一些概念定義。

1、危害識別和風(fēng)險(xiǎn)估算

這里需要了解一些關(guān)于危害模式的定義

危害模式(Hazard Modes)

“危害”定義為由內(nèi)部或外部激發(fā)的事件,該事件可能導(dǎo)致材料受損,嚴(yán)重時(shí)會危害到壽命。在可充點(diǎn)能兩存儲系統(tǒng)中,這些危害一般可以歸納為四類(如下表所示):

a)電氣危害Electrical Hazard。例如短路、過充電,這些都屬由外部激發(fā)的危害。微短路,這屬于由電芯內(nèi)部造成的危害。

b)熱危害Thermal Hazard。例如升溫過高、起火等。這可以是由內(nèi)部或外部激發(fā)。

c)機(jī)械危害Mechanical Hazard。例如擠壓、針刺、跌落。

d)系統(tǒng)危害System Hazard。對電池之外的系統(tǒng)造成危害。例如,接地故障、高壓連接斷開。

嚴(yán)重度(Severity)

危害的嚴(yán)重度用0-7中的一個(gè)整數(shù)表示。對一個(gè)特定的危害,需要根據(jù)觀察的反應(yīng)或效果判斷嚴(yán)重度。這些效果包括了在極端情況下的爆炸、釋放出超過OSHA暴露限值的有毒物質(zhì)(Level 7),也包括最簡單情況是失去某些功能,這些功能是可以重新恢復(fù)的。

下表總結(jié)了嚴(yán)重度等級,用S表示。這里的S主要是采納了EUCAR標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)EUCAR評判系統(tǒng)最初被同來確定電芯級別的危害嚴(yán)重度。但是在HMRMA中,經(jīng)過一些調(diào)整之后,它被擴(kuò)展應(yīng)用到所有層級:電芯、模塊、電池包、整車系統(tǒng)。目前這個(gè)EUCAR危害的評判標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被大多數(shù)廠家所使用。

置信水平(Likelihood Level)

用1-10其中一個(gè)正數(shù)表示在整個(gè)壽命期間危害的發(fā)生率(Rate of Occurrence,ROO)。一般電池壽命設(shè)計(jì)要求在10-15年,或16萬-24萬km(USABC)。需要注意的是,ROO的確定需要采用統(tǒng)計(jì),考慮統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的誤差和一定的置信水平。用L表示置信水平,L含義類似于FMEA中的用法。通常,歷史數(shù)據(jù)有助于選擇置信水平。例如,在擠壓這個(gè)機(jī)械危害例子中,整車在整個(gè)壽命期間的碰撞事故的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)是可以得到的,這些數(shù)據(jù)可以用來選擇合適的L。在一些缺少統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的情況下,經(jīng)過受訓(xùn)之后的工程推測得到的L對于開始一個(gè)HMRMA過程也是可以的。在這個(gè)過程中,當(dāng)收集到的數(shù)據(jù)增多時(shí),可以相應(yīng)的調(diào)整L。下表是整個(gè)壽命中L隨著ROO變化的函數(shù),用ppm或%表示。

置信水平跟嚴(yán)重度不一樣,不需要一定是一個(gè)整數(shù)。如果ROO在兩個(gè)整數(shù)之間,使用分?jǐn)?shù)是允許的。L=0對應(yīng)了ROO=0,說明危害不可能發(fā)生,不需要考慮風(fēng)險(xiǎn)分析。

危害風(fēng)險(xiǎn)值和風(fēng)險(xiǎn)空間(Hazard Risk Number and the Risk Space)

嚴(yán)重度S和置信水平L的乘積是危害風(fēng)險(xiǎn)值HRN(Hazard RiskNumber):HRN=S*L。當(dāng)特定危害的嚴(yán)重度S增加時(shí),置信水平L必須降低,這樣才能得到可接受的HRN。如果將這個(gè)可接受的HRN用R0表示,則可以用一個(gè)第一象限的雙曲線來表示經(jīng)常性風(fēng)險(xiǎn)(constant-risk)曲線:S*L=R0。S-L圖構(gòu)成的二維圖也叫風(fēng)險(xiǎn)空間(Risk Space),constant-risk雙曲線將風(fēng)險(xiǎn)空間劃分為兩個(gè)區(qū)域:低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),如下圖所示。

風(fēng)險(xiǎn)空間邊界(Risk Space Boundaries)

在風(fēng)險(xiǎn)空間,除了高風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)的邊界之外,在關(guān)系到所有危害的風(fēng)險(xiǎn)空間區(qū)域還有一些限值。例如,對于一個(gè)嚴(yán)重度很高的危害,即使置信水平較低,也是不可接受的,需要設(shè)置一個(gè)限值S=SL。同樣的,發(fā)生率ROO高、嚴(yán)重度S低至1的危害會導(dǎo)致不可靠的產(chǎn)品,因此需要設(shè)置一個(gè)置信水平限制L=LL。這兩個(gè)沿著constant-risk雙曲線設(shè)定的限值把低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)進(jìn)一步限定在下圖的陰影區(qū)域。