鉅大LARGE | 點擊量：1912次 | 2019年04月14日
抑制電池包熱失控的方式有哪些
本次峰會以“供需協(xié)同與技術升級”為主題，圍繞“技術開發(fā)與性能優(yōu)化”、“整車配套與選型需求”、“動力電池回收與梯次利用”三大領域開展為期兩天的深入探討。
此次峰會上，寧德時代吳興遠做了題為“基于動力電池熱失控與熱擴散安全性工程化的解決思路與探討”的主題演講。
以下為演講實錄：
2016年在動力電池發(fā)生一些起火事件，從1月到11月份發(fā)生29起，有乘用車也有客車?？偟臄盗坑?9起40輛車，原因有自燃，還有一些原因沒分析出來，隨著銷量的增加，起火數逐漸增加，基本上呈一個正相關的關系。
在電池安全方面，剛才大家可能在法規(guī)上做了很多介紹，比方說GB/T31485，還有GB/T31467對電池系統(tǒng)的回放，2017年3月份提出來征求意見稿，可能對原先一些測試的東西做了一些修改，可以看到，這幾年電動汽車安全法規(guī)比較關注的。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
另外就是未來的一個市場，未來的市場需要什么樣的電池，低成本、輕量化、長續(xù)航、可充電、高功率，對每一相對安全性都有成本，要求我們的電池包安全性必須增強，所以說這對我們電池的安全性帶來非常高的挑戰(zhàn)。
可以看到，產銷量持續(xù)增長，所以三方面，一個是市場，就是2016年表現前幾天的市場表現，以及政策法規(guī)，都要求我們把電池的安全做好。電池一個熱失控一個模式介紹，電池幾種情況可以發(fā)生熱失控，比如說電池過熱，還有電熱的設計不合理，或者短路導致電池溫升，還有過充，有可能功能失效，或者其他保護的失效，還有電池內短路，還有低溫充電的時候，這些也有可能引發(fā)電池的熱失控，還有一些機械觸發(fā)。電池熱失控有這么一幅圖，這個時候放熱速率不是很明顯，溫度過了這個點以后，大概在250多度左右，如果過了這個溫度，它的反應會集聚增快，電解質，然后是大線路內短路。
抑制電池包熱失控的方式有哪些？我這里介紹一下電池包熱失控的一個過程，大概有這么五環(huán)節(jié)，第一BMS失效，導致電池過充，或者電芯外部碰撞，這種濫用情況出現，會導致電芯熱失控。我們希望通過一些設計，防止電芯過熱擴散給隔壁的電芯，我們可以優(yōu)化電芯設計，可以放一些隔熱材料，或者放一些PCM材料，改善一個熱傳播的情況，這樣電芯的一個熱量的傳播，如果做到這一點，電芯也是安全的。電芯熱失控防止電池包的爆炸和起火，把電池包產生的氣體排到車外，避免造成人員的傷亡。
可以優(yōu)化電池包的尺寸，增加排氣通道增加這些措施。如果以上措施都失效了電池包最終還是起火爆炸了，這個時候我們就評估危害，比方說我們評估一下給乘客的逃生時間有多長，看逃生時間是不是滿足要求。
前面提到了好多抑制的方法，好像一聽上去這么做就安全了，其實不是這么簡單。比方說我們要是增加電池的保護的東西，要選合適了，包括隔熱材料一樣，如果選薄了，可能起不到保護的作用，如果選厚了，可能會增加能量密度，成本也增加，所以怎么樣去做好這些各個產品特性的平衡？這個是非常關鍵的。
我們公司在這方面主要做法以仿真為主，在產品的驗證階段以測試為主。我講一下單電芯針刺的模型，這是一個電芯的示意圖，這是一個針刺的模型，當這個針刺到這個電池里面以后會引起銅箔跟鋁箔直接短路，這時候，電化學反應，有固態(tài)的擴散，鋰離子的遷移。
這是一個仿真的結構，這是溫度的原圖，當這個外部的針刺到這個里面之后，電芯已經達到600度以上，已經達到熱失控了，我們做一個電化學的材料優(yōu)化跟選型，去抑制它的熱失控，優(yōu)化材料體系之后會做一個測試驗證。再一個主要考慮電芯與電芯之間的隔熱的設計，包括電芯與外界的一些輻射放熱、對流放熱等等，這里是一個仿真結果，我們的目的是防止這個熱失控傳播到第二個電芯，是保證第二個電芯不會受影響，讓兩個電芯之間的熱量合理的隔開。
這是一個模組級別熱失控擴散測試，熱失控之后有兩個電芯就發(fā)生了熱失控，那么其他的十幾個電芯有隔熱的處理，其他的電芯沒有發(fā)生熱失控，這是模組的電壓和溫度的信息，我們會在模組的電芯的正負級，要看溫度的一個情況，在這個案子里面，隔熱的設計還是有效的。
如果模組設計成功了，電池包做一個優(yōu)化，電池包級別有那么幾個情況，壓力過渡直接把電池包散開，或者局部的破裂，第二個溫度過高，第一個過程就是當電芯爆開一瞬間有一個很強的沖擊力，這個仿真結構可以到0.25兆帕的，電池包的壓力累計不會超過我這個結構的一個能夠承受的極限。
這是我們一個排氣的測試結果，這是針刺實驗，可以看到上蓋已經鼓起，但是未破裂，到兩三秒鐘的時候，我們的防爆閥開始排氣，實驗結束，這個上蓋基本上是保持原樣。
前面提到很多仿真，這是介紹一下我們目前做的一些仿真，有一個是熱箱仿真，就是把電池放在溫度比較高的環(huán)境里面，看電池的反應情況。
這里我提的比較多的仿真，這里對比一些仿真跟測試的優(yōu)缺點。因為基本上到大家知道在設備開始的時候，樣品沒有做出來，沒法通過測試得出產品質量，仿真是一個非常好的工具，它在一定程度上指導設計的優(yōu)化，所以仿真可以比較節(jié)省資源，如果完成測試的話，比方說我們一個電池包，如果完全用測試做安全設計的工作，這個成本對這個電池包會非常好。應用這個仿真，我們可以不斷去優(yōu)化設計，然后盡量減少測試數量來降低開發(fā)的成本。
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