鉅大LARGE | 點擊量:630次 | 2021年03月23日
動力鋰電池?zé)崾Э氐恼T因有什么
圍繞動力鋰電池熱失控問題(高溫?zé)崾Э貫橹?,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(shù)手段與技術(shù)措施。清華大學(xué)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(huán)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(jié)構(gòu)的特性,SEI膜、電解液等會發(fā)生分解反應(yīng),電解液的分解物還會與正極、負(fù)極發(fā)生反應(yīng),電芯隔膜將融化分解,多種反應(yīng)導(dǎo)致大量熱量的出現(xiàn)。隔膜融化導(dǎo)致內(nèi)部短路,電能量的釋放又增大了熱量的生產(chǎn)。這種累積的互相增強的破壞用途,其后果是導(dǎo)致電芯防爆膜破裂,電解液噴出,發(fā)生燃燒起火。
試驗數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)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(xiàn)起火爆炸的現(xiàn)象。對此,廠商可以從電池設(shè)計和BMS電池管理系統(tǒng)兩個方面來解決。從電池設(shè)計角度,可以開發(fā)來防止熱失控的材料,阻斷熱失控的反應(yīng);從電池管理角度,可以預(yù)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(xiàn)在市面上的電動汽車的動力鋰電池都包含熱管理系統(tǒng),采用風(fēng)冷或者水冷方法為電池散熱。關(guān)于用戶,要從使用習(xí)慣開始消除熱誘因,比如防止陽光直射車輛、車內(nèi)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(guān)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(xué)誘因電池制造雜質(zhì)、金屬顆粒、充放電膨脹的收縮、析鋰等都有可能造成內(nèi)短路。這種內(nèi)短路是緩慢發(fā)生的,時間非常長,而且不了解它什么時候會出現(xiàn)熱失控。若進行試驗,無法重復(fù)驗證。目前全世界專家還沒有找到能夠重復(fù)由雜質(zhì)引起的內(nèi)短路的過程,都在研究當(dāng)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(zhì)。這就要選擇產(chǎn)品品質(zhì)好的電池廠商,其次對內(nèi)短路進行安全預(yù)測,在沒有發(fā)生熱失控之前,要找到有內(nèi)短路的單體。這意味著必須要找到單體的特點參數(shù),可以先從一致性著手。電池是不一致的,內(nèi)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(fā)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(shù)發(fā)生了變化??梢葬槍@些參數(shù)來進行研究,看其在內(nèi)短路變化中的一些特點。滿電狀態(tài)的電池負(fù)極上嵌入大量鋰離子,過充后,負(fù)極片上出現(xiàn)析鋰現(xiàn)象,出現(xiàn)針狀的鋰金屬結(jié)晶,刺穿隔膜發(fā)生短路。在BMS電池管理系統(tǒng)中,都會有過充保護策略,當(dāng)系統(tǒng)檢測到電池電壓達到閾值時,就會關(guān)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(yù)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(guī)的充電設(shè)備,消除過充隱患。