动力电池热失控是怎样出现的?如何防范动力电池热失控现象?

2019-12-24      1755 次浏览

进入2019年4月以来,电动汽车燃烧事件频频发生。特斯拉在上海、中国香港、旧金山、比利时等地接连发生车辆自燃事件,而蔚来ES8亦在短短两个月内出现了三次自燃事故。此外,根据国家市场监督总局的数据显示,2018年,我国至少发生了40起涉及电动汽车的火灾事故。为此,电动汽车尤其是动力电池安全问题引发行业高度关注,而动力电池安全本质则是电池热失控。那么导致动力电池热失控的主要原因有哪些?而对于电池热失控情况下?针对此,6月23日,在由青海省人民政府、工业和信息化部、科学技术部、中国电动汽车百人会主办的中国(青海)锂产业与动力电池国际高峰论坛上,中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高进行了详细阐述。

电池充电析锂与快充控制


近期发生的充电事故的分析表明,主要是不当快速充电或过充引发电池析锂,导致热失控温度大幅度下降,从219℃下降到107℃,并与电解液剧烈反应,导致电池在107℃发生热失控。


通过实验表征发现,在快充的时候能够明显看出析锂的产生,并通过对析锂机理进行研究,发现了析锂的完整过程,包括电池充电过程负极表面锂析出和重新嵌入,析出过程就是负极零电位之后形成,在电池停止充电之后,电位会恢复到零电位以上,这个时候会重新嵌入,然后所有的可逆锂均完全溶解,负极不再发生反应。


我们对热失控内短路建立仿真模型,其中很重要的是内短路位置的熔断,这种熔断可能导致整个内短路终止,也有可能导致更剧烈的内短路发生。为此,我们对影响这种熔断的各种参数进行了分析。我们对整个内短路发生演变的过程进行了综合分析和总结,在此基础上,提出为防止发生热失控,必须要在早期阶段将内短路检测出来。


介绍其中的一种方法,是对串联电池组的内短路检测方法,主要基于一致性差异进行诊断。具体来看,可以建立有内短路和没有内短路的等效模型,基于这个等效模型和平均差异模型进行在线参数估计,有内短路之后电位和等效阻抗发生了变化,我们对这两个参数进行了参数辨识,最后可以找出究竟是哪一个单体出现了问题,通过验证试验结果,很明显的能够发现某一个电池有内短路。但算法只是一个基础,在此基础上,我们还要结合大量工程实验数据,最终开发出了实用化的检测算法。


电池系统的热蔓延与热管理


如果前面所有方法都失效,就要从整个系统的角度来考虑问题。比如剧烈碰撞或者底盘被锐利物质刺穿,会立即热失控,这是时有发生的,这种热失控只能从系统层面解决。


首先进行热失控蔓延过程测试,明显看出电池单体一个接着一个,像放鞭炮一样的热失控。


其次,进行了并联电池模组热蔓延测试,发现并联模组热失控蔓延的独有特征,即多段V字形电压下降;在实车级电池模组不加抑制的情况下,热失控扩展在电池模组中可呈现加速效应,并最终导致整个模组剧烈燃爆。


再次,进行热失控喷阀特性测试,在密闭定容的燃烧弹中,用高速摄影机记录了热失控喷发全过程,从测试中发现了喷射流呈现了气-液-固三相共存的特征,其中气体喷射速度高达137m/s。


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