鉅大LARGE | 點擊量：247次 | 2023年12月26日
動力鋰電池熱失控的原因是什么
熱管理系統重要負責控制溫度，確保電池一直處在一個合理的運行溫度下。通常，熱管理系統由整車控制器控制，在電池包溫度異常時，通過空調系統進行及時散熱或者加熱，保證電池安全以及壽命。
內部改進即從電芯內部的材料結構上進行改造，從而使鋰離子電池具備更好的耐熱、散熱性能。以目前的研究熱點來說，發展固態電解液；對正負極進行結構改造；以及引入安全性更高的隔膜材料都是從內部提升電池熱性能的主流方法之一。
隨著鋰離子電池的發展，原材料的發展，鋰離子電池的安全性有了突破性進展。設計良好的散熱結構和電池保護電路和管理系統都有利于提高鋰離子電池的安全性，所以大容量動力鋰離子電池的安全問題有望得到解決。
動力鋰電池安全性問題概括起來叫熱失控，也就是到達一定的溫度之后，就不可控了，溫度直線上升，然后就會燃燒爆炸。而過熱、過充、內短路、碰撞等是引發動力鋰電池熱失控的幾個關鍵因素。
(1)過熱觸發熱失控
導致動力鋰電池過熱的原因來自于電池的選型和熱設計的不合理，或者外短路導致電池的溫度升高、電纜的接頭松動等，應該從電池設計和電池管理兩個方面來解決。
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%
從電池材料設計角度，可以開發來防止熱失控的材料，阻斷熱失控的反應；從電池管理角度，可以預測不同的溫度范圍，來含義不同的安全等級，從而進行分級報警。
(2)過充電觸發熱失控
今年的一起純電動大巴起火事件原因就在于過充電觸發的熱失控，具體則是電池管理系統本身對過充電的電路安全功能缺失，導致電池的BMS已經失控卻還在充電導致的。
針對這類過充電的原因，解決辦法首先是查找充電機的故障，這可以通過充電機的完全冗余來解決；其次是看電池管理合不合理，比如說沒有監控每一節電池的電壓。
值得注意的是，隨著電池的老化，各個電池之間的一致性會越來越差，這時過充就更容易發生。這要進行整個電池組的均衡，來保持電池組一致性。
比如采用先并后串這一最常見電池組組合方法的串聯的電池組，在解決單體一致性問題后，最好的情況是擁有與最小容量的單體相同大的容量。有了這個一致性之后，容量回升了，同時也能防止過充。
為了實現一致性，必須有一種方法對各個單體進行容量估計。歐陽明高建議，可以根據充電曲線的相似性來進行全體電池組狀態的估計。
也即是說，只要了解了其中一個單體電池的充電曲線，其他的曲線應該跟它是相似的。經過曲線變化，它們可以近似重合，曲線變化的過程中間的這些差異就很容易計算。根據一個單體可以推算出其他的單體。有了這樣的方法，就可以進行上文提到的一致性的均衡，當然這種算法的時間過長，要進行簡化。
(3)內短路觸發熱失控
波音787客機曾因電池爆炸起火。在查找事故原因時，發現電極和隔膜上有金屬物，出現了內短路。雖然專家無法100%確認熱失控是由內短路觸發的，但它是最可能的原因，因為找不到其他原因，且內短路沒辦法浮現。
電池制造雜質、金屬顆粒、充放電膨脹的收縮、析鋰等都有可能造成內短路。這種內短路是緩慢發生的，時間非常長，而且不了解它什么時候會出現熱失控。若進行試驗，無法重復驗證。目前全世界專家還沒有找到能夠重復由雜質引起的內短路的過程，都在研究當中。
要解決內短路問題，首先要找到產品品質好的電池廠商，選擇電池及電池單體容量；其次對內短路進行安全預測，在沒有發生熱失控之前，要找到有內短路的單體。
這意味著必須要找到單體的特點參數，可以先從一致性著手。電池是不一致的，內阻也是不一致的，只要找到中間有變異的單體，就可以將其辨別出來。
具體而言，正常的一個電池的等效電路和發生了微短路的等效電路，方程的形式實際上是相同的，只不過正常單體、微短路的單體的參數發生了變化。可以針對這些參數來進行研究，看其在內短路變化中的一些特點。
其中特點之一就是內短路單體的電勢差，比較其內阻跟其他單體的差異。歐陽明高提出，研發人員要利用模型來進行單體的辨識。在測出每個單體的電壓、電流后，利用這些數據再結合模型，就可以把每個單體的內阻預估出來。再把單體的參數全部預估出來后，根據參數的變化，便可以判斷其一致性是否發生了顯著性變化。
(4)機械觸發熱失控
碰撞是典型的機械觸發熱失控的一種方式。特斯拉屢次發生起火事故就是這個原因。歐陽明高透露，清華大學跟MIT共同合作對特斯拉在美國的碰撞事故進行過分析。假如在實驗室進行碰撞的一個仿真，最接近的是針刺。
解決碰撞觸發熱失控的辦法就是做好電池的安全保護設計。而這要研發人員先了解熱失控的發生過程。
一般而言，熱失控發生之后，會往下傳播。比如第一節熱失控之后會有傳熱，開始傳播，然后整組像放鞭炮似的一個一個接下來。針對這種傳播，可以建立一個模型，包含中間溫度升高率、化學能電能的產熱、傳熱對流等。整個熱電耦合的模型，可以用量熱儀來做一個相關的定量分析。
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