新闻资讯

通过科学和创新,我们帮助各行各业的客户满足当今和未来社会发展的需求。

Nissan Leaf电芯、模组与电池包的整车级热失控试验

   次浏览   动力电池热失控技术研究   2020-08-23

在这个美国DOE所做的实验中,我们可以梳理出关于Nissan Leaf的以下信息:

  • Leaf Gen1 电芯的基本参数

  • Leaf单体电芯的热失控特性

  • Leaf模组及模组群的热失控特性

  • 整包在车上的热失控影响(主要是对乘员舱)


试验设计与Leaf电芯参数

试验出发点基于电芯会发生热失控这一前提,主要目的是评估单电芯热失控能否在整车层面造成严重的安全危害,包括对乘员和周围环境两个方面。

 

整个试验分3个层级,电芯层级在于找到合适的热触发方式(这里软包电芯选择大面进行加热),模组/模组群层级在于验证电芯层级的热失控触发同样适用于模组层级,电池包装在整车层级做最后的整体评估。总的思路如下:


所选的Leaf电芯的基本参数:

290mm*216mm,额定容量32.5Ah,重量787kg,从图片能够看出,这是LeafGen1一代电芯。



单体电芯级热失控

加热膜通过胶粘在电芯大面,共布置3个温度传感器,一个在加热膜处,一个在侧面,另一个在加热膜对面。加热膜尺寸4” x 6”,功率10W/m^2,在120VAC条件下,功率达240 W.所有测试,电芯SOC均充至100%



电芯没有进行隔热处理,在发生热失控venting之前,由于内部压力的增大以及热量的增加,电芯的铝塑膜密封口,以及铝塑膜本身率先失效,使电芯发生爆破现象,喷出可燃气体和物质也被瞬间点燃。



电芯大约在31分钟时发生热失控,热失控过程中最大的温度在加热膜处,达290°C



模组与模组群级热失控

模组级的热失控触发电芯选择最外面的电芯,加热膜(下图红色)布置在绝缘垫(下图蓝色)和电芯(下图黄色)之间。模组共布置4个温度传感器,分布如下,上下壳体外表面各一个,每两个电芯之间各一个。



热失控过程中的温度变化如下图。热失控大约在试验开始后的7分钟左右发生,可以看到,在没有发生热失控之前,四个电芯之间的温差不超过5°C,在发生热失控后,模组内的温度最高达721°C。在触发电芯发生热失控后,喷出的气体等立即被点燃,第二个电芯在约1.5分钟后也发生热失控,其他两个电芯在第二个电芯后约40秒发生热失控。热失控致使模组发生鼓胀,但没有破裂。



3个模组堆叠测试:试验布置如下,被触发模组为第二个(中间)模组,电芯为最外面电芯。温度传感器共布置16个。




热失控在约7.5分钟发生(加热从计时1.5分钟后开始的,所以时间坐标为9分钟,依次类推)。在没有发生热失控前,相邻电芯间的温差为11°C,整个试验过程中,最大的温度为853°C,热失控致使模组发生膨胀变形,但变形程度小于单个模组。中间模组的温度变化如下图。

 


测试中3个模组相继发生热失控的温度变化如下图。触发电芯热失控后,同模组的电芯也相随之发生热失控,这与单模组相同,在发生热失控5分钟后,气体被点燃。在中间模组发生热失控后,相邻模组在10分钟内(约第1820分钟)也发生了热失控。图中气体点燃后的温度曲线斜率没有发生变化,表明气体的燃烧对于相邻模组的影响较小,相邻模组的热失控大概主要由热传导的加热所引起。


单模组和3个模组的热失控关键数据对比如下表。



电池包整车级热失控

试验车辆来自NCAP前碰后的Nissan Leaf,因此,已经有损毁,故分别对模组的输出极重新布置温度传感器,将电池包充满电后再装回车上。

被触发电芯选择后排模组中间的电芯,前面两排模组群的温度传感器位于每个模组中间两电芯之间,布置如下所示。


整车其他位置的传感器布置:



各模组发生热失控的时间如下图,第一个触发模组的电芯大约在开始加热后655秒时发生(计时为715秒,依次类推;一旦发生热失控,就断开加热),车底盘有烟冒出,有热失控声响;该模组内的其他3个电芯在90秒内均发生了热失控。

大约7分钟后,观察到类似的事件(四个热失控反应迅速连续)。

大约在第20分钟时,乘员舱的烟雾报警系统开始报警。

23分钟时,喷出电池包箱体外的气体被点燃,出现明火。

28分钟时,乘员舱发现明火。

从加热起,到火熄灭,共约5055分钟。

具体的事件和时间如下表及下图。


被触发模组的温度变化如下:


其他各处温度变化如下:



电池包上壳体的温度变化如下:



维修开关MSD和整车地板温度变化如下:


座椅与顶篷的温度变化如下:


驾驶员头部高度空气的温度变化如下:


除了温度外,车内气体的成分也被记录下来并进行了分析,以评估喷发的气体进入乘员舱带来的危害,结果表明有害气体超过了OSHA规定的水平(如CO超过了200ppm)。

 

从以上的测试可以看出,Leaf电芯在该实验中的热失控时间在加热7分钟左右,随着模组的堆叠,以及在电池包内有限空间的非主动散热,模组间发生热失控的速度在加速,这主要是热不能及时散开导致。

 

该系列试验不足在于没有对整包的热失控防爆系统进行监控,以评估防爆设计的效。

版权与免责声明 广州市绿原环保材料有限公司声明:本站内容及图片均由系统采集于网络,涉及的言论、版权与本站无关。如发现内容或图片存在版权问题,烦请提供相关信息发邮件至yeah_w@qq.com,我们将及时沟通与处理。
Top