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動力鋰電池熱失控的誘因有什么

鉅大LARGE  |  點擊量:640次  |  2021年03月23日  

圍繞動力鋰電池熱失控問題(高溫熱失控為主),討論影響電池安全性的各種因素,以及如何進一步提升鋰離子電池安全性的技術手段與技術措施。清華大學歐陽明高教授在會上分析了動力鋰電池熱失控的三種誘因,并對此提出了一些解決方法及建議。熱誘因通俗來講,所謂的熱誘因就是外部高溫環境,包括外部起火、電池散熱不良等。在外部高溫下,由于鋰離子電池結構的特性,SEI膜、電解液等會發生分解反應,電解液的分解物還會與正極、負極發生反應,電芯隔膜將融化分解,多種反應導致大量熱量的出現。隔膜融化導致內部短路,電能量的釋放又增大了熱量的生產。這種累積的互相增強的破壞用途,其后果是導致電芯防爆膜破裂,電解液噴出,發生燃燒起火。


試驗數據顯示,當電池單體溫度達到135℃時,隔膜開始融化,電壓下降;150℃電池電壓快速下降;等溫度高達245℃時,隔膜完全崩潰,電池就會出現起火爆炸的現象。對此,廠商可以從電池設計和BMS電池管理系統兩個方面來解決。從電池設計角度,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。


現在市面上的電動汽車的動力鋰電池都包含熱管理系統,采用風冷或者水冷方法為電池散熱。關于用戶,要從使用習慣開始消除熱誘因,比如防止陽光直射車輛、車內不要放置易燃物等,同時常備車載滅火器,消除自燃因素。此外,時刻關注儀表板或中控屏上的電池溫度信息,一般來說電池單體的工作溫度在40℃~50℃之間,高于或低于這個溫度范圍都是不利于電池使用的。電化學誘因電池制造雜質、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。要解決這個問題,首先提高制造工藝減少電池制造中的雜質。這就要選擇產品品質好的電池廠商,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。滿電狀態的電池負極上嵌入大量鋰離子,過充后,負極片上出現析鋰現象,出現針狀的鋰金屬結晶,刺穿隔膜發生短路。在BMS電池管理系統中,都會有過充保護策略,當系統檢測到電池電壓達到閾值時,就會關斷充電回路,對電池進行保護。雖然在出廠前,廠家針對BMS都會進行一些列電性能測試,但是為了預防萬一,還是不建議廣大用戶長時間給電動汽車充電,并且選擇正規的充電設備,消除過充隱患。


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