新能源车电池热失控现象和措施

  本站   2020-06-08 次浏览

今年以来发生过的新能源汽车自燃事故，引起人们对新能源车安全性的持续关注。近日，宁波市消防救援支队联合吉利汽车研究院，开展了一场新能源汽车热失控火灾实验及新能源车火灾扑救实战演练。根据实验，一旦新能源车辆因电池热失控报警，最好在10分钟内逃生；如果新能源汽车电池已经着火，必须立即停车，且因可能发生电池爆炸，切记不要贸然自行灭火。

中国工程院院士杨裕生指出：“纯电动车为提升续航里程多采用高比能量的三元锂电，此类电池主流电芯镍、钴、锰的比例向622及NCM811材料方向发展，电芯的热失控温度不断下探，安全隐患增加。并且一旦着火车里的人来不及逃生，车外的人来不及救援。”此外，业内人士表示：“与燃油车不同的是，新能源车的电池中含有六氟磷酸锂，在高温下可能会生成剧毒的氟化氢烟雾，对灭火的人员防护条件远远高于普通燃油车。”

在国家补贴政策的引导下，各大电动汽车厂商对动力电池的能量密度提出了越来越高的要求，传统的NCM111，甚至是NCM622材料逐渐无法满足长续航里程的需求，越来越多的厂家开始采用镍含量更高的NCM811材料和NCA材料，以满足日益增长的能量密度的需求。然而更高的能量密度也意味着更差的安全性，德国汽车巨头戴姆勒公司的研究显示，动力电池的体积能量密度每增加1kWh/L，热失控触发温度就会降低0.42℃，欧阳明高教授的研究显示即便是采用热稳定更好的陶瓷隔膜，甚至是无纺布隔膜保证高温下锂离子电池不会因为隔膜收缩发生内短路，锂离子电池仍然会因为正极材料分解释放的O2迁移到负极表面引起热失控。

既然热失控的风险无法避免，我们能做的就是充分认识高能量密度锂离子电池的热失控的风险及尽可能争取多的逃生时间，采取相应的措施在锂离子电池发生热失控时将危害降低到最低，为乘客争取足够的逃生时间。

常见的热失控触发方式主要包含外部短路、外部加热和针刺等，而本试验中选用的方式为外部加热，热失控测试装置如上图所示，在18650电池的上方安装一个红外加热装置，通过外部加热的方式触发锂离子电池热失控。在试验中作者发现当加热的热流量在10-15kW/m2时并不会引发锂离子电池热失控，仅仅只会导致18650电池的安全阀启动泄压。当加热的热流密度达到20-30kW/m2时锂离子电池就会发生爆燃，当继续提高热流密度达到35、40、50和65kW/m2电池则会发生燃烧和爆燃。

根据宁波消防提供的实验效果来看，从实验结果看，从车辆出现热失控到冒烟，中间大约有10分钟时间。在发生热失控的情况下，驾驶人和乘客还是有足够的逃生时间的，一旦车辆因电池热失控报警，最好在10分钟内逃生。

据腾讯科技分析，从视频中看，着火前车辆底盘先是冒出浓烟，然后发生强烈爆炸和极强的闪光，从冒烟到爆炸，如果车内有人，留给人的自救时间大概是2秒钟左右吧。后来这台车断断续续冒烟十几个小时，才真正耗光电池包的所有能量。究其原因，电池自燃并不是可燃物与氧气之间的化学反应，所以不能用传统的隔离空气这种灭火原则。电池自燃是正负极电解液之间的剧烈反应，即便没有氧气它依然难以控制。

从上面的研究我们可以发现高能量密度18650电池热失控的主要危害形式体现在高温和有毒气体释放上，在热失控中电池表面的最高温度可达800℃，火焰温度超过1000℃，同时释放出了大量的有毒气体。因此为了避免锂离子电池热失控造成严重安全事故，作者建议应该从以下几个方面提升锂离子电池的安全性。

因此对于动力电池pack而言，配备必要的灭火措施，在锂离子电池热失控的初期即时阻止热失控及争取更多时间逃生，对于提升电动汽车的安全性，保证乘客的人身和财产安全时非常重要的。

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