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Model S到Model3热失控防护方案的变化
知化汽车 2020-05-15 次浏览
一旦某个电芯发生热失控，想要在早期来终止热失控蔓延是很困难的，其中一个难点就在于密闭的箱体。通常来说，电池包壳体要能够承受一定的机械冲击，同时整体满足IP67等级以上的防尘防水要求，同时还要具有防腐蚀性能，所以，在内部发生热失控时，想要从外部直接引入水等灭火物质来阻断热失控蔓延都是极其低效的。
另外，想要隔绝或抽空氧气也是低效的，因为在发生热失控时，电芯正极材料发生化学反应过程中将释放氧气。因此，相对有效的一个方向就是控制或限制没有发生热失控电芯的温升，使其达不到燃烧的条件。所以，当发生热失控时，要尽可能带走更多的热量，如液冷系统要最大功率地运转。
以上两段概述，总结自特斯拉最新的一份热失控防护专利（US20180219266A1），我觉得说得很到位，这也在一定程度上体现了特斯拉在热失控防护上思路的变化：隔断失控电芯，抑制未失控电芯温升。
对于Model S，总体热失控防护的重点在PACK层面，所以，你可以看到特斯拉在隔断热失控后的单个模组方面，做了大量的工作，试图为每个模组建立一个密闭的物理空间，将热失控限制在该模组范围内，所用的基本方案如上图，为：物理隔离（横梁/上下箱体内表面/中央通道纵梁）+金云母（模组隔间上/下/左/右四块）+独立的泄爆路径+独立的防爆阀。特斯拉希望能够将热失控电芯的影响控制在模组本身之外、模组隔离间之内、箱体之内。
Model S无法隔断失控电芯，仅在纵向有水冷管+绝缘带+阻燃胶带的阻断方案，横向电芯之间是不存在的，并且，水冷管和绝缘带、阻燃胶带的宽度有限，没有完全覆盖电芯圆柱面，纵向也没有达到完全隔离。
而Model 3总体的热失控防护重点在于模组层级，特斯拉希望能够将Model 3热失控电芯的影响控制在单个电芯所在的物理区域、模组之内，箱体之内。基于出发点在于阻断电芯热失控的蔓延，比之Model S的策略（隔断模组热失控蔓延），控制的区域和位置更精确，需要阻断的热失控能量更小，但需要做的工作量要大于Model S。
对单个21700电芯进行物理隔离的方案为：模组上下壳体+电芯底端灰色结构胶（上下方向），以及蛇形水冷管+灰色导热结构胶+白色隔离带（电芯圆柱面方向），最后是填充在模组上下壳体间任何缝隙处的蓝色灌封胶。白色隔离带由2部分组成，一是隔热阻燃带，一是绝缘膜。
这个隔离方案可以实现隔绝电池包内的氧气，另外则是延缓热失控蔓延，在这个时间内，将单个热失控电芯释放出来的热量，通过水冷管，胶传递给整个模组，从而让尽可能多的电芯来分担热量，这样每个电芯所要吸收的热量变小，温升变小。
所以，对于热失控泄爆路径、热失控防爆阀的应用，Model 3明显要少于Model S。不过，它在泄爆的顺序上多于ModelS。Model 3电池包级别的的泄爆防爆方案为：防爆膜+防爆平衡阀+物理隔断+金云母。
不看电芯层面，从Roadster到Model 3，特斯拉热失控防护的方案对比如下。
这种将热失控限制在电芯层面的方案对于大电芯如方形或软包来说，是相对困难的（不单单是灌胶），对于方形或软包来说，如果有模组，还是应考虑ModelS的方案，以模组为单元进行热失控防护；如果是CTP的电池包，则可以考虑Model 3的思路，但这样比能会下来，成本会上去。