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动力电池的热失控与热扩散
2022-05-07 次浏览
2019年工信部发布了关于《电动汽车用动力蓄电池电池系统热扩散乘员保护测试规范（试行）》有关事项的通知，“为强化电动汽车动力蓄电池系统安全技术要求，自2019年11月12日起，申请《公告》新能源汽车产品准入时，企业可自愿按《热扩散测试规范》增加热扩散测试项目，提交由第三方检测机构出具的检测报告。”
2020年5月12日，国家标准《电动汽车用动力蓄电池安全要求》（GB 38031-2020）发布，此强制标准将替代电动汽车用锂离子动力蓄电池包和系统—第3部分：安全性要求与测试方法》（GB/T 31467.3-2015）和《电动汽车用动力蓄电池安全要求及试验方法》（GB/T 31485-2015），其中一个主要技术变化点为，增加了电池包或系统热扩散安全要求和试验方法。业内人士评论这是一个很大的进步，锂离子电池热扩散第一次写入了强制性国标中。
2020年电动汽车保有量超过千万辆，如果按照这种趋势发展下去，专业人士预测，到2040年电动汽车将占全球汽车市场的60%左右。同时根据《中国制造2025》规划，电池的能量密度到2030年将提升至500Wh/kg。在迅猛的新能源发展趋势之下，我们也看到了动力汽车不断增加的火灾事故，对起火原因进行分析，动力电池故障是其中重要的一点。由于热失控导致起火，燃烧，甚至爆炸，热失控是怎么产生的？电池包的热扩散方案是什么样的？这些都是我们今天想要讨论的话题。
对于电池包的热失控，电芯热失控是其中重要的内容，国标中描述了推荐的热失控触发判定条件：
ａ） 触发对象产生电压降，且下降值超过初始电压的２５％；
ｂ） 监测点温度达到制造商规定的最高工作温度；
ｃ） 监测点的温升速率ｄT／ｄt≥１ ℃／ｓ，且持续３ｓ以上。
当ａ）和ｃ）或者ｂ）和ｃ）发生时，判定发生热失控。
热失控可能由机、电、热多种因素单独或耦合诱发。机械：在外力作用下，电池包受到影响而发生变形。电气：一般包括外短路，过充，过放等几种形式。热：局部过热等。
针对如何进行热失控防护，热扩散方案如何制定，业内总体有两个思路。第一是泄爆，使热失控产生的大量高温气体及压力及时排出，对电池箱体进行防爆排泄路径、排泄口设计，如电池壳体上多个排气阀的设计，最终使得排放方向避免进入乘客舱。第二是隔离，阻断传播，电池包内通过横纵梁对模组进行隔离，并在模组周围涂防火胶、粘贴云母片等，另在电池包外设置屏蔽罩等隔热装置，同步在电芯之间也进行隔离，阻断热量的传递。
通过以上材料、结构上的设计，制定有效的热扩散方案，对热失控进行防护，达到国标的要求，即电池包或系统在由于单个电池热失控引起热扩散、进而导致乘员舱发生危险之前5min，应提供一个热事件报警信号（服务于整车热事件报警，提醒乘员疏散）。如果热扩散不会产生导致车辆乘员危险的情况，则认为该要求得到满足。
一汽-大众高标准的三电系统，保证了电池系统满足新国标要求，实时监控不同电池组之间的温度、效率、能耗、风险等动态，保障车辆的电池稳定性和安全，防止热失控等问题。
面向未来，各车型、电池企业正在研究CTP、CTC方案，不断去掉模组、电池包中间环节，从电芯到车辆底盘，实现无热扩散的技术方案，保障新能源车性能不断提升的同时，也确保新能源车的安全与可靠性。