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    電池知識

    鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源

    動力電池熱失控是怎么樣出現的?要怎么樣防范動力電池熱失控現象?

    2021-04-24 ryder

    進入2019年4月以來,電動車燃燒事件頻頻發生。特斯拉在上海、中國香港、舊金山、比利時等地接連發生車輛自燃事件,而蔚來ES8亦在短短兩個月內出現了三次自燃事故。此外,依據國家市場監督總局的數據顯示,2018年,我國至少發生了40起涉及電動車的火災事故。為此,電動車尤其是動力電池安全問題引發行業高度關注,而動力電池安全本質則是電池熱失控。那么導致動力電池熱失控的主要原由是什么?而對于電池熱失控情況下?針對此,6月23日,在由青海省人民政府、工業和信息化部、科學技術部、中國電動車百人會主辦的中國(青海)鋰產業與動力電池國際高峰論壇上,中國科學院院士、中國電動車百人會執行副理事長歐陽明高進行了具體闡述。

    電池充電析鋰與快充控制


    近期發生的充電事故的分解聲明,主要是不當快速充電或過充引發電池析鋰,導致熱失控溫度大幅度下降,從219℃下降到107℃,并與電解液劇烈反應,導致電池在107℃發生熱失控。


    通過試驗表征發現,在快充的時候能夠分明看出析鋰的萌生,并通過對析鋰機理進行研究,發現了析鋰的完整過程,包括電池充電過程負極表面鋰析出和重新嵌入,析出過程就是負極零電位之后形成,在電池停止充電之后,電位會恢復到零電位以上,這個時候會重新嵌入,然后所有的可逆鋰均完全溶解,負極不再發生反應。


    我們對熱失控內短路建立仿真模型,其中很緊要的是內短路位置的熔斷,這種熔斷可能導致整個內短路終止,也有可能導致更劇烈的內短路發生。為此,我們對影響這種熔斷的各種參數進行了分解。我們對整個內短路發生演化的過程進行了綜合分解和總結,在此基礎上,提出為戒備發生熱失控,非得要在早期階段將內短路測試出來。


    解析其中的一種辦法,是對串聯電池包的內短路測試辦法,主要基于一致性差異進行診斷。詳盡來看,可以建立有內短路和沒有內短路的等效模型,基于這個等效模型和均勻差異模型進行在線參數估計,有內短路之后電位和等效阻抗發生了變化,我們對這兩個參數進行了參數辨識,最后可以找出到底是哪個單體出現了問題,通過驗證實驗結果,很分明的能夠發現某一個電池有內短路。但算法只是一個基礎,在此基礎上,我們還要結合大量工程試驗數據,最終開發出了實用化的測試算法。


    電池系統的熱蔓延與熱管理


    如果前面所有辦法都失效,就要從整個系統的角度來考慮問題。比如劇烈碰撞或者底盤被鋒利物質刺穿,會立即熱失控,這是時有發生的,這種熱失控只能從系統層面處理。


    首先進行熱失控蔓延過程探測,分明看出電池單體一個接著一個,像放鞭炮一樣的熱失控。


    其次,進行了并聯電池模組熱蔓延探測,發現并聯模組熱失控蔓延的獨有特征,即多段V字形電壓下降;在實車級電池模組不加抑制的情況下,熱失控擴展在電池模組中可呈現加速效應,并最終導致整個模組劇烈燃爆。


    再次,進行熱失控噴閥特性探測,在密閉定容的燃燒彈中,用高速攝影機記錄了熱失控噴射全過程,從探測中發現了噴發流呈現了氣-液-固三相共存的特征,其中氣體噴發速度高達137m/s。

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