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車上電池燃燒的原因詳細介紹

鉅大LARGE  |  點擊量:1876次  |  2020年09月23日  

車輛頻繁急加速急減速:在大電流充放電時由于內電阻的存在,或者外部電路短路,都將引起正負極迅速發熱,這些熱量就發生電池燃燒的誘因。為此車輛在使用過程中要防止頻繁急加速或急減速,它會導致電池輸出或輸入大電流。


過充電:電池充滿之后,在負極端的鋰原子會達到飽和狀態。繼續充電時導致正極材料損失太多鋰原子,層狀晶格結構的突然各向異性收縮高達5%(即晶格坍塌),電池容量永久性降低。負極上鑲嵌滿鋰離子之后,過充電時多余鋰離子在表面繼續沉積,形成樹枝狀結晶,即鋰枝晶。繼續充電,鋰枝晶最后會擊穿隔膜,發生短路,見圖4中黃色部分。GB/T314852015對過充電有明確的要求,即充電至額定電壓的1.5倍,或電池充滿電后繼續充電1h,要求電池1h內不爆炸、不起火。


過放電:過放電時,過多的鋰離子從負極通過電解液和隔膜轉移到正極,負極石墨電極的層狀結構失去了支撐坍塌,再充電時不能再鑲嵌進鋰離子,造成電池容量永久性下降。放電時負極表面形成銅結晶,過放電時石墨表面覆蓋銅枝晶,它也可以刺穿隔膜。由于各電池的容量有差異,電池組中容量較小的電池在過放電的時候會出現正負極顛倒,觸發熱失控。


鋰離子電池內部故障:生產制造過程中電解液分布不均勻、電極上毛刺、材料中金屬雜質、隔膜破損或表面粉塵物理因素,都可能會引起電池內部短路,它們大部分可以在初期檢驗中可以檢查出來,但一些隱形的缺陷會在后期車輛使用過程中慢慢表現出來。


整車上與電池相連的高壓電路中,各種線束和電器元件、插頭部件失效,都可能導致電池熱失控。車輛使用過程中,插接件的端子因為浸水、松動、老化等原因造成接觸不良,或者由于車輛上其它電器的故障,導致電池包外部電路短路,假如熔斷機制未發揮用途,大電流急劇放電會誘發電池包的熱失控。


車主私自進行改裝電路,使整車用電負荷新增,改裝的電線搭接處容易接觸不良也容易誘發電路短路、發熱,假如導致高壓電路異常,容易引發電池包的熱失控。


整車上電池燃燒各種誘因的詳細分析


電動汽車在行駛中可能與其它車輛發生碰撞,假如放置鋰離子電池的區域發生變形,電池包殼體可能變破裂,引起包內電池也相互擠壓變形,甚至破裂,就會引起熱失控。在車輛的行駛中,除車輛撞擊外,還有底盤刮擦、電池包固定件松脫等意外情況,引起電池包的跌落、擠壓,或者出現裂紋,殼體出現形變,導致單體電池擠壓破裂,出現漏液或內部短路,最終誘發熱失控。


由于我國車輛使用環境很復雜,電動汽車在使用過程中有可能遇到暴雨導致車輛泡水,或者通過深水坑,這種水有弱酸性且有大量雜質,假如進入電氣接插件內,它的插接端子間可能短路或發生腐蝕,引起整個電路異常發熱,或者燃燒。合肥工業大學研究了對單個電池用海水浸泡,導致熱失控的試驗[18]。他們采用NaCl鹽水作為替代海水,單個電池長時間浸泡后,安全閥會被鹽水損壞,鹽水進入電池內部出現短路,最后燃燒爆炸。


電池包的密封等級一般為IP67,理論上可浸泡半小時以上的時間。日常生活中車輛在道路上涉水,或車輛短時間浸水等情況下,一般不會超過30min,沒有問題。假如車輛長時間浸泡在水中,或者電池包的密封性不合格,水也會通過接縫或者插頭進入電池包內部。車輛長時間使用之后,電池包的密封材料就慢慢老化,也容易進水。


鋰離子電池在充放電時性能與環境溫度關系密切,溫度會影響電池內阻,以及電解液中鋰離子的遷移速度,溫度上升則遷移速度加快,充放電速率新增。假如溫度下降則充放電的速度下降,同時電池容量也會下降。


低溫環境充電:低溫時電池容量會降低,大電流充電時材料會加速老化,而且會出現鋰枝晶,容易熱失控。高溫環境用電:鋰離子電池的工作溫度范圍一般在-20℃至60℃之間。當環境溫度超過60℃時,高溫疊加電池工作熱量,可能誘發熱失控。


電控液冷保溫:相關于風冷卻的電池包,電控液冷系統通常與座艙空調系統聯合在一起形成復雜的溫控系統,冷卻液進入電池包內部,并用電控技術控制冷卻液的溫度和流動。在極端環境溫度下,它可以使電池保持在最佳工作溫度區間,即10℃~35℃之間,發揮最佳的電池效能,并獲得最長的壽命。


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