简谈锂离子电池系统起火

2020-07-02      1203 次浏览

锂离子电池起火的原因不尽相同,详细的事故分析能帮有效规避未来风险。


最近整理电池系统由内而外起火的原因分析,这里重要是考虑一层层原因往前去推,然后考虑将以前和未来的事故都放进去进行匹配,再根据各个车型的实际设计推测未来出事故的ppM(ppM:partperMillion,百万分之几)。下文把所有厂家的名字都去掉了,探讨这个话题并不针对任何公司,不做评判。


这是从假定单个出问题=》扩展到全局的实验维度


说明下,因为整个分析,只是为了匹配电池系统着火这个极端事件出现的,我们就区隔出机械滥用的内容。电池系统的设计基础着眼于一个车辆比较安全的位置,防止在车辆使用过程中出现问题。整个机械设计这块固然是目前大量做针刺、挤压等实验安全性的内容,但实际上由机械滥用引起的问题反而成为大家容易解决的问题。


以Tesla为例:


T3:在美国田纳西州士麦那起火燃烧,这辆电动汽车冲向掉落路面的拖车挂钩,底盘碰撞后发生火灾。


T2:驾驶者在转弯时撞上、并穿过了了一座水泥墙,最终撞在一棵树上停了下来,起火。


T1:在西雅图车主称撞上了路中的金属残片,因此他离开了高速公路。车子失效后,他又闻到了燃烧的味道,车辆此时着火燃烧。


这种机械上的设计也显得简单,在结构外围和底盖考虑更多的防护,即可取得立竿见影的效果。


起火背后的原因分析


我们把今年发生事故的厂家去掉,可以再思考下,车起火是电池还是电池之外?


很大一部分是电池之外的负载


线缆过热=》外围部分被点燃的事更多些


这里可以分基本的三层,着火的本质原因


1)电池内的未按照设计意图的热能释放+内外燃烧物


2)电池内的可燃气体释放+燃点


3)电池内的可燃液体释放+燃点:此处重要包括电解液泄漏和冷却液泄漏两部分。


我们可以通过电池系统的热能释放来考虑下:


1.1电池包或电池单体过充


过充一般而言确实是热能释放比较普遍的原因,电池包级热失控事件,可以往下细分为多电池(模组、单体过充)=》电池过充和电解液蒸发=》热事件


SOC计算错误引起的过充(SOC:剩余电量)


高SOC状态下,未按照保护而进行的能量回收引起的


充电控制程序卡住引起的过充


1.2短路过流的热能释放


电池包/高压电路故障导致短路=》热量


这里重要是由电池包内部短路和外部短路,引起导体&连接器过热、单体过热引发随后的热事件。进一步细分也可以分解成模组的短路引发的部件过热。


模组一级的短路


电池组内一级短路


外围腐蚀性/导电液体进入引起的短路


1.3高连接阻抗的发热


电池包/高压电路的故障,导致充放电回路中出现高阻值的位置,电流在这一高阻点的温度上升,可能导致了相邻材料的着火和后续的热量传播


干路连接点接触不良、腐蚀引起发热


电池的内阻提升和内部出现过热


1.4单体排气出现可燃性气体,随后的热源(电弧,单体热失控)导致电池系统的多余热能


在这个里头,单体单点故障热失控界定实验,可以考虑单个单体扩展到整体方面的,在既定的条件下,将实现每个电池包备案交底,有些参考用途,但实验的条件与故障的发生不大可能完全吻合。


案例回顾


实际上,起火的事,都是交织在一起的,第一部分和第三部分往往结合很深。


2.1漏液加短路


案例1:A车起火


现象1:电池箱内电池单体出现两包以上漏液


现象2:电池单体和电池箱铝壳之间的绝缘受损


运行振动=》电池箱内出现局部电池间歇性短路=》绝缘损毁点通过电池箱及支架的接地构成强电压的短路回路=》热能释放,电解液+电池本体的发热=》引发


火势扩大,点燃内饰


案例2:B车起火


现象1:车辆发生猛烈碰撞后,电池结构受损,冷却管破裂引发冷却液泄漏


现象2:冷却液浸没BMU电路后引发缓慢的化学用途(BMU:电池管理单元)


采样点浸没后,板级没有彻底防水设计导致缓慢加热触发冷却液燃点=》停车场放置了几周后起火


小结


1)起火是个很极端的事情,但是曝光度很高,大家第一反应都是电池系统的事情,从各种分析来看,从电池系统着火起来的事,必定有故障发生,而且有热量集聚引燃


2)假如把更多公开的信息汇总在一起,再拆解比较,完善系统分析过程还是可以达成一些共识防止很多未来的着火事故。


国外的事故参考(详情戳这里):


1.XXXXfireburnsdownagarage


2.AparkedXXXXcombusts


3.AnotherXXXeruptsintoflames


4.AXXXXdriverrecountsanearbrushwithdeath


5.AdamagedbatterypackignitesaSeattle-areafire


6.Shortcircuitsinbatteries,duetoHurricaneSandysstormsurge,leadtoa16-carfire


7.XXXCharingfiregarage


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