鉅大LARGE | 點擊量:1426次 | 2020年07月02日
分析鋰離子電池系統起火的幾種原因
都說安全是動力鋰電池的命根兒,最近在思考電池系統由內而外起火的原因分析,這里重要是考慮一層層原因往前去推,然后考慮將以前和未來的事故都放進去進行匹配,再根據各個車型的實際設計推測未來出事故的ppM(百萬分率)。下文把所有廠家的名字都去掉了,探討這個話題并不針對任何公司,不做評判。
這是從假定單個出問題,再擴展到全局的實驗維度,從圖中可以看出:
整個分析只是為了匹配電池系統著火這個極端事件出現的,我們就區隔出由機械濫用的內容,電池系統的設計基礎是著眼于放在一個車輛比較安全的位置,防止在車輛使用過程中出現問題,整個機械設計固然是目前大量做針刺、擠壓等實驗安全性的內容,但實際上由機械濫用引起的問題反而成為大家容易解決的問題。
以特斯拉的三起事故為例:
1.在美國田納西州士麥那起火燃燒,這輛電動汽車沖向掉落路面的拖車掛鉤,底盤碰撞后發生火災。
2.駕駛者在轉彎時撞上、并穿過了了一座水泥墻,最終撞在一棵樹上停了下來,起火。
3.在西雅圖車主稱撞上了路中的金屬殘片,因此他離開了高速公路。車子失效后,他又聞到了燃燒的味道,車輛此時著火燃燒。
這種機械上的設計也顯得簡單,在結構外圍和底蓋考慮更多的防護,即可取得立竿見影的效果。
我們把本年發生的事情,把廠家去掉,可以再思考一下車起火是電池還是電池之外?很大一部分是電池之外的負載,線纜過熱導致外圍部分被點燃的事更多些。
這里我們可以分基本的三層,著火的本質原因:
1.電池內的未按照設計意圖的熱能釋放+內外燃燒物
2.電池內的可燃氣體釋放+燃點
3.電池內的可燃液體釋放+燃點:此處重要包括電解液泄漏和冷卻液泄漏兩部分。
我們可以對電池系統的熱能釋放來考慮:
1.電池包或電池單體過充
過充一般而言確實是熱能釋放比較普遍的原因,電池包級熱失控事件,可以往下細分為多電池(模組、單體過充),電池過充和電解液蒸發過熱,還有就是電池剩余容量(SOC)計算錯誤引起的過充,高SOC狀態下,未按照保護而進行能量回收引起的,以及充電控制程序卡住引起的過充。
2短路過流的人熱能釋放
電池包/高壓電路故障導致短路,散發熱量。重要是由電池包內部短路和外部短路,引起導體和連接器過熱、單體過熱引發隨后的熱事件,進一步細分也可以分解成模組的短路引發的部件過熱。例如模組一級的短路、電池組內一級短路、外圍腐蝕性/導電液體進入引起的短路。
3高連接阻抗的發熱
電池包/高壓電路的故障,導致充放電回路中出現高阻值的位置,電流在這一高阻點的溫度上升,可能導致了相鄰材料的著火和后續的熱量傳播。干路連接點接觸不良、腐蝕引起發熱。
4.電池的內阻提升和內部出現過熱
單體排氣出現可燃性氣體,隨后的熱源(電弧,單體熱失控)導致電池系統的多余熱能。單體單點故障熱失控界定實驗,可以考慮單個單體擴展到整體方面的,在既定的條件下,將實現每個電池包備案交底,有些參考用途,但實驗的條件與故障的發生不大可能完全吻合。
案例回顧
實際上起火的事故都是交織在一起的:
漏液加短路
案例1:A車起火
現象1:電池箱內電池單體出現兩包以上漏液
現象2:電池單體和電池箱鋁殼之間的絕緣受損
運行振動后電池箱內出現局部電池間歇性短路,絕緣損毀點通過電池箱及支架的接地構成強電壓的短路回路,熱能釋放,電解液和電池本體的發熱引發事故。
火勢擴大,點燃內飾
案例2:B車起火
現象1:車輛發生猛烈碰撞后,電池結構受損,冷卻管破裂引發冷卻液泄漏
現象2:冷卻液浸沒電池管理單元(BMU)電路后引發緩慢的化學用途
采樣點浸沒后,板級沒有徹底防水設計導致緩慢加熱觸發冷卻液燃點,在停車場放置了幾周后起火。
小結:
1.起火是個很極端的事情,但是曝光度很高,大家第一反應都是電池系統的事情,從各種分析來看,從電池系統著火起來的事,必定有故障發生,而且有熱量集聚引燃。
2.假如把更多公開的信息匯總在一起,再拆解比較,完善系統分析過程還是可以達成一些共識防止很多未來的著火事故。
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