鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1925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(shù)升級”為主題，圍繞“技術(shù)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(lǐng)域開展為期兩天的深入探討。
此次峰會上，寧德時(shí)代吳興遠(yuǎn)做了題為“基于動力電池?zé)崾Э嘏c熱擴(kuò)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(shí)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?shù)量有29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(shù)逐漸增加，基本上呈一個(gè)正相關(guān)的關(guān)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(guān)注的。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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(gè)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(qiáng)，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(chǎn)銷量持續(xù)增長，所以三方面，一個(gè)是市場，就是2016年表現(xiàn)前幾天的市場表現(xiàn)，以及政策法規(guī)，都要求我們把電池的安全做好。電池一個(gè)熱失控一個(gè)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(shè)計(jì)不合理，或者短路導(dǎo)致電池溫升，還有過充，有可能功能失效，或者其他保護(hù)的失效，還有電池內(nèi)短路，還有低溫充電的時(shí)候，這些也有可能引發(fā)電池的熱失控，還有一些機(jī)械觸發(fā)。電池?zé)崾Э赜羞@么一幅圖，這個(gè)時(shí)候放熱速率不是很明顯，溫度過了這個(gè)點(diǎn)以后，大概在250多度左右，如果過了這個(gè)溫度，它的反應(yīng)會集聚增快，電解質(zhì)，然后是大線路內(nèi)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(gè)過程，大概有這么五環(huán)節(jié)，第一BMS失效，導(dǎo)致電池過充，或者電芯外部碰撞，這種濫用情況出現(xiàn)，會導(dǎo)致電芯熱失控。我們希望通過一些設(shè)計(jì)，防止電芯過熱擴(kuò)散給隔壁的電芯，我們可以優(yōu)化電芯設(shè)計(jì)，可以放一些隔熱材料，或者放一些PCM材料，改善一個(gè)熱傳播的情況，這樣電芯的一個(gè)熱量的傳播，如果做到這一點(diǎn)，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(chǎn)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(gè)時(shí)候我們就評估危害，比方說我們評估一下給乘客的逃生時(shí)間有多長，看逃生時(shí)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(shí)不是這么簡單。比方說我們要是增加電池的保護(hù)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(hù)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(gè)產(chǎn)品特性的平衡？這個(gè)是非常關(guān)鍵的。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備
我們公司在這方面主要做法以仿真為主，在產(chǎn)品的驗(yàn)證階段以測試為主。我講一下單電芯針刺的模型，這是一個(gè)電芯的示意圖，這是一個(gè)針刺的模型，當(dāng)這個(gè)針刺到這個(gè)電池里面以后會引起銅箔跟鋁箔直接短路，這時(shí)候，電化學(xué)反應(yīng)，有固態(tài)的擴(kuò)散，鋰離子的遷移。
這是一個(gè)仿真的結(jié)構(gòu)，這是溫度的原圖，當(dāng)這個(gè)外部的針刺到這個(gè)里面之后，電芯已經(jīng)達(dá)到600度以上，已經(jīng)達(dá)到熱失控了，我們做一個(gè)電化學(xué)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(gè)測試驗(yàn)證。再一個(gè)主要考慮電芯與電芯之間的隔熱的設(shè)計(jì)，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(gè)仿真結(jié)果，我們的目的是防止這個(gè)熱失控傳播到第二個(gè)電芯，是保證第二個(gè)電芯不會受影響，讓兩個(gè)電芯之間的熱量合理的隔開。
這是一個(gè)模組級別熱失控?cái)U(kuò)散測試，熱失控之后有兩個(gè)電芯就發(fā)生了熱失控，那么其他的十幾個(gè)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(fù)級，要看溫度的一個(gè)情況，在這個(gè)案子里面，隔熱的設(shè)計(jì)還是有效的。
如果模組設(shè)計(jì)成功了，電池包做一個(gè)優(yōu)化，電池包級別有那么幾個(gè)情況，壓力過渡直接把電池包散開，或者局部的破裂，第二個(gè)溫度過高，第一個(gè)過程就是當(dāng)電芯爆開一瞬間有一個(gè)很強(qiáng)的沖擊力，這個(gè)仿真結(jié)構(gòu)可以到0.25兆帕的，電池包的壓力累計(jì)不會超過我這個(gè)結(jié)構(gòu)的一個(gè)能夠承受的極限。
這是我們一個(gè)排氣的測試結(jié)果，這是針刺實(shí)驗(yàn)，可以看到上蓋已經(jīng)鼓起，但是未破裂，到兩三秒鐘的時(shí)候，我們的防爆閥開始排氣，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，這個(gè)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(gè)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(yīng)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(diǎn)。因?yàn)榛旧系酱蠹抑涝谠O(shè)備開始的時(shí)候，樣品沒有做出來，沒法通過測試得出產(chǎn)品質(zhì)量，仿真是一個(gè)非常好的工具，它在一定程度上指導(dǎo)設(shè)計(jì)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(gè)電池包，如果完全用測試做安全設(shè)計(jì)的工作，這個(gè)成本對這個(gè)電池包會非常好。應(yīng)用這個(gè)仿真，我們可以不斷去優(yōu)化設(shè)計(jì)，然后盡量減少測試數(shù)量來降低開發(fā)的成本。
