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動力鋰電池係統安全性問題之擴展

深圳市(shi)邁坎(kan)科(ke)技(ji)有限(xian)公司

鋰動力電池安全事故擴展即熱失控觸發後,局部單體熱失控後釋放的熱量向周圍傳播,將可能加熱周圍電池並造成周圍電池的熱失控,也稱之為熱失控在電池組內的“擴展”。單體電池熱失控所釋放的能量是有限的,但是如果發生鏈式反應造成熱失控的擴展,整個電池組的

鋰電(dian)池(chi)安全(quan)事故的膨(peng)脹(zhang),即引(yin)發(fa)熱失控後(hou),局(ju)部單體(ti)熱失(shi)控(kong)釋放(fang)的熱(re)量(liang)會擴散到周(zhou)圍(wei),可(ke)能(neng)會(hui)加(jia)熱周圍的電池,引起周圍電池的(de)熱失控,這也稱為電池組(zu)內(nei)熱失控的“膨脹”。單體電池熱失控釋(shi)放的能量是有限的,但如(ru)果(guo)連鎖反(fan)應導(dao)致(zhi)熱失控膨脹,整(zheng)個電池組觸(chu)發的分類能量就(jiu)會通(tong)過(guo)熱失控釋放,造成(cheng)很大(da)的危(wei)害。

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根據(ju)熱失控膨脹的機理(li),可以有針對性地(di)設(she)計(ji)防止(zhi)熱失控膨脹的方(fang)案。


首(shou)先(xian),要防止火(huo)焰(yan)的發生。火焰產生(sheng)的方向可以(yi)通過閥體噴射(she)方向的設計來引導。也可加入滅火劑(ji)滅(mie)火。當然(ran)動力電池係統(tong)已經通過了(le)安(an)全測(ce)試標(biao)準(zhun),火焰出(chu)現(xian)的概率(lv)也(ye)降(jiang)低了。同時(shi)動力(li)電池係統良(liang)好(hao)的密(mi)封(feng)性(xing)使得(de)電池係統中的含(han)氧量不(bu)足,不利於(yu)火焰的產生和發展。

其(qi)次,要考慮高溫氣體擴散(san)對電池係統其他(ta)部件(jian)的影響(xiang)。一些(xie)電池已經(jing)有了能夠(gou)及時排(pai)出高溫氣體的係(xi)統。


同(tong)時,需要適當(dang)阻斷(duan)電池之間的傳(chuan)熱路徑(jing),如在單節電池之間(jian)設置(zhi)隔(ge)熱層。需(xu)要注意的是,在熱管理中,電池盒之(zhi)間可能存在空(kong)空氣(qi)空間隙(xi),用於空氣冷(leng)卻(que)和分隔相(xiang)鄰電池。但在熱失控膨脹過程(cheng)中,熱失控電池會膨脹,空空氣空間隙會因(yin)電池膨脹而消失。此時電池之間的傳熱仍然很快(kuai),單(dan)純(chun)保(bao)留空氣體空間隙來(lai)防止熱失控膨脹是(shi)不可行的。


此(ci)外,單體熱失控觸發後,可以增強電池係統內部的散熱;對故障電池周圍的電池進(jin)行放電;在電池之間填(tian)充相變材(cai)料來吸收(shou)熱量等(deng)方法(fa)來抑製熱失控的蔓(man)延(yan)。


然而(er),防止熱失控膨脹的設計與(yu)電池係統的其他功(gong)能設計之間存(cun)在一些矛盾。阻(zu)斷熱傳遞路徑的方法可能會加劇電池組中的溫度(du)不均勻(yun)性,這與電池組熱管理設計中溫度一致性的設計目標相矛盾。此外,增(zeng)加滅火、排氣、隔熱等措施會降低(di)電池係統的比(bi)能量,增加電池係統的設計成本(ben)。


如何(he)合理配置安全措施(shi)防止熱失控膨脹,並(bing)考(kao)慮(lv)電池係統的性能指(zhi)標和設計成本,是電池係統安全設計的重(zhong)要課題之一。


動(dong)力電池係統的安全問題主要(yao)分為(wei)三個(ge)層次,即“進化”、“觸發”和“擴展”。在動力電池安全事(shi)故(gu)發生前,應通過係統算法對(dui)安全事故進行預警。熱失控觸發發生後,應防止熱失控膨脹。進一步了解熱失控膨脹過程的機理,有助(zhu)於優(you)化(hua)設計方案(an),減少(shao)安全事故造成的危害(hai)。深(shen)入研(yan)究各級安全問(wen)題的機(ji)理和演變(bian)過程,提(ti)出有效(xiao)的事故預(yu)防(fang)措(cuo)施和(he)安全監測措施是下一步研究(jiu)的重點(dian)。

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