鉅大LARGE | 點擊量：2976次 | 2022年04月08日
詳解動力鋰離子電池燃燒原因及熱失控防范措施
著火、爆炸是動力鋰電池系統較為常見的熱失控危害表現，造成的影響，也更為嚴重，不但會造成財產損失和環境破壞，甚至會造成人身傷害或生命危險。
熱失控誘因
導致動力鋰電池系統發生燃燒或爆炸的可能原因有：
1、動力鋰電池（電芯）的放熱副反應導致熱失控，引燃電解液和其他可燃物質；
2、動力鋰電池系統的高壓回路中局部連接抗阻抗過大，有大電流流過時倒至溫度上升達到著火點溫度，引燃動力鋰電池系統內部的可燃物質；
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
3、動力鋰電池系統外部發生燃燒，導致動力鋰電池系統內部溫度持續上升，達到著火點溫度，引燃內部的可燃物質。
針對電動汽車的使用的情況分析，第一種情況的發生概率較高，危險系數也較高，電芯的放熱副反應導致熱失控是動力鋰電池系統發生燃燒或爆炸的重要原因。
鋰離子電池內部重要放熱反應有：
1、ESI膜的分解,溫度范圍是90~120℃；
2、負極與電解液的反應,溫度達到120℃以上；
3、電解液分解,溫度大概在200℃左右；
4、正極與電解液的反應，伴隨正極分解析出氧氣，溫度范圍在180~500℃；
5、負極與粘結劑的反應，大概在240度以上。
電芯熱失控（燃燒、爆炸）的根本原因是電芯內部的放熱副反應導致熱量累積，電芯對外熱交換的速率小于熱量積累速率，溫度持續升高，直接達到著火點溫度，引起燃燒和爆炸。
電芯內部的熱過程遵循能量守恒：Qp=Qe+Qa
公式中Qp為電芯內部各種負反應所出現的熱量，Qe為電芯與環境交換的熱量，也就是散熱，Qa是電信自己吸收的熱量及熱積累。假如QeQp則Qa為為負值或零，電芯內部溫度不會上升，不會出現熱失控；假如Qe＜Qpq為，電芯內部溫度會持續上升，直至達到熱失控溫度200~300℃。
從上面的分析可以看出，假如不能阻斷電芯內部的放熱副反應，電信內部的溫度就會一直上升，直至發生熱失控事件，要降低事故發生的風險，可采取的措施有：
采取保護措施，降低外部突發因素發生概率（比如過充、過放、過熱、短路、擠壓、穿刺等）；
阻斷放熱副反應的正反饋過程，如在PACK模組在采用邦定保險絲工藝，或在正負極材料與集流體之間新增PTC材料；
降低放熱副反應所出現的熱量，如選擇磷酸鐵鋰正極材料，改變電解液的有機溶劑成分等；
提高著火點溫度，如在電解液中添加阻燃材料，選用陶瓷隔膜等；
提高散熱能力，防止熱積累，如采用高效的液冷設計方法，也有個別方法將整個電池，浸在冷卻液中。
以上，所總結的熱失控機理與防范措施，在電池全系電池設計、制造中都有實踐，但是針對實際中不同材料體系會有不同化學特性，其電芯熱失控機理存在不同，不同的系統設計也會導致系統級的危險和解決措施各不相同，效果也千差萬別。
最有實效、應用最廣泛的防范措施就是熱失控監測與預警技術。
煙臺創為新能源鋰離子電池熱失控模型技術的出現，開拓了電池箱熱失控監測及自動滅火技術的規模化應用時代，創領了電池箱專用自動滅火裝置行業的興起和發展。
鋰離子電池熱失控模型分為縱向、橫向和垂向三維?？v向為多傳感器的數據冗合，即對多組同環境下的傳感器數據進行多次擬合，模擬不同材料、不同環境的數據表征曲線；橫向為對傳感器的歷史數據進行持續時間算法，排除噪聲干擾，有效解決了閾值法監測方式的漏報、誤報、預警滯后問題；垂向采用穿刺、鈍針積壓等不同方法模擬不同類型容量動力鋰電池熱失控過程。
通過三維融合，用數學手段，以大量實驗及真實運行數據為基礎，歸納熱失控導致的各種變量之間的內在關系，采用神經學原理，形成極早、高可靠、自運行的鋰離子電池熱失控模型，實現電池活在隱患的早期預警和智能控制。
大量實車運行中發生的預警實例證明了此模型的有效性和先進性，使之成為當前電池箱熱失控預警及自動滅火的核心技術。
預警實例一
2017年三月，某公交公司3路純電動公交3號電池箱報2級預警（安全隱患等級），駕駛員及時上報公司，并停止運行。采集數據分析，其他箱體電池氣體含量和變化率正常，3號電池箱氣體含量和變化率明顯高出。判定為電池危險氣體超標，可能為電池漏液導致。后經公交公司、車企、電池公司協同努力，拆箱檢查，證實為電池漏液。更換電池，不再報警。
預警實例二
2017年三月，某交運公司純電動公交4號電池箱報2級預警，駕駛員描述，第一次2級預警16年十二月份，拆箱后報警消失；第二次預警17年二月份，拆箱后報警消失。本次是第三次預警。協調報警系統廠家、電池公司、車企協同判定，經采集數據分析，該4號箱數值及趨勢與其它箱體完全偏離，結合以往報警及消失現象，初步判定為電解液漏液。拆箱檢查，證實為某只單體電池安全閥不明原因受損，電解液泄露。
預警實例三
2017年三月，某公交公司某純電動公交報7號箱2級預警，駕駛員及時上報公司，并停止運行。數據分析判定為電池危險氣體超標，可能為電池漏液導致。后經車企、電池公司協同努力，拆箱檢查，證實為電池漏液。更換電池后，不再報警。
預警實例四
2017年三月二十日，某交運集團縣城公交某純電動公交報3號箱2級預警，駕駛員及時上報并停止運行。數據分析判定為電池危險氣體超標，可能為電池漏液導致。后經拆箱檢查，證實為兩支電芯發生不明原因泄露。
基于鋰離子電池熱失控模型，煙臺創為新能源研制生產的CW1160系列電池箱專用自動滅火裝置系統，如今已廣泛使用于宇通、中通、長江汽車、上汽大通等三十余家主機廠，被CATL、中航鋰電、海四達、普萊德等近二十家電池廠標配或選裝。除了大面積安裝在新能源商用車上之外，還廣泛使用于新能源乘用車、新能源機場專用車、儲能電站/換電站、物流車等多個需求場景。
