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动力电池的热失控和热管理——来自第三届国际电池安全大会IBWS的声音

时间:  2019-10-28 21:16  来源:  汽车总站网原创   作者:  韩喻

四年之前,美国能源部(DOE)和德国科学教育部(BMBF)及相关国际知名学者发起了国际电池安全研讨会(International Battery Safety Workshop,IBSW), 2015年的慕尼黑工业大学、2017年的美国Sandia国家实验室,2019年10月8日的清华大学,国际电池安全研讨会(IBSW) 已经连续举办三届,对动力电池从性能、技术方向、热失控和热管理等各个方面,进行了越来越深入缜密的学术探讨和应用交流。

动力电池热失控

安全是现在电动汽车重点关注的问题,欧阳明高院士表示:一旦电池诱发了热失控之后,会在整个电池系统中间蔓延,最后形成事故。

针对热失控,欧阳明高院士和所属的清华团队经过研究,得出了三种机理和四种解决办法。

三种机理分别是:

1.隔膜刺穿导致内短路引发热失控;

2.高比能量电池正级析释活性氧,析氧密度随着比能量提升在不断下降;

3. 快充或者过充引起的负极析活性锂。

欧阳明高团队给出的防控方法具体是:

第一,内短路和控制内短路的方法,即BMS;

第二,正极析氧引发的热失控和电池的热设计;

第三,负极析锂跟电解液的剧烈反应导致的热失控以及充电控制;

第四,如果这三个机理、三种技术都不能解决热失控问题,则采用抑制热蔓延,通过了解热蔓延的规律,把热蔓延抑制住,可最终防止安全事故的发生。

有着同样见解的是武汉大学艾新平教授。他同一天在题为“锂离子电池的安全增强技术”的演讲中明确说:

电池的不安全行为主要是热失控引起的。

当电池在短路、过充或者是受到高温冲击的时候,电池的温度就会升高。温度升高以后,会相继的引发一系列的放热副反应,这些副反应放出来的热不能及时疏散,会引起电池温度的升高,通过正反馈机制,导致最后放热反应越来越剧烈,发生热失控。

而解决热失控办法,艾新平教授有三个方法:

第一个层面,要尽量避免短路、避免过充;

第二个层面,如果发生了短路和过充的话,、要进行热保护,尽量避免它发生热失控;

第三个层面,如果热失控没法避免试,要尽量避免它不造成大的伤害,不要起火。

动力电池热管理

专家学者们研究的是针对电池机理解决热失控的方法,但正如欧阳明高院士所说,如果技术不能解决热失控,则要采用方法抑制热蔓延。

对此一汽新能源研究院院长王德平给出了一汽的解决方法。

作为车企,一汽从电池技术研发到售后服务全体系进行安全管理:

第一,从技术路线方向上明确安全第一;

第二,构建全体系的安全理念;

第三,把安全纳入到整个业务的管理框架和框架;

第四,一些具体的安全技术。

第五,完善实验验证;

第六,提供前置的和全过程的服务;

第七,监控的系统。

在具体的安全技术方面,围绕正向设计,一汽构建了四重安全防护体系,包括电池安全、整车安全、充电安全、使用安全。围绕这四个方面,内部了包含16个具体的方面和54项具体的一些安全防护的措施,来确保整个动力电池系统在全生命周期的安全。

而其中针对电池热失控的预警,一汽组成了热失控模型预警的系统诊断,向驾驶员和后台提供相应的热失控预警的信息服务,还装备了主动安全的电池灭火系统。

据王德平介绍,一汽与哲弗智能系统(上海)有限公司合作的主动安全灭火系统,从前期的实验情况来看,效果明显:

一方面,通过系统可以主动的对热失控的模组和单体进行灭火的实验;

另一方面,因为所采用的灭火介质是高热熔比的介质,通过这种吸热功能可以降低电池包内的温度,从而能够隔断电池包内的发热引起车内内室着火的现象。

被一汽点赞的上海哲弗董事长李飞,当天的演讲题目为“动力锂电池热失控的防控方案”,演讲主要内容就是如何预警电池热失控,以及一旦热失控扩展,热失控蔓延之后,如何进行抑制。

在哲弗看来,无论是从热失控抑制,还是热失控蔓延的抑制,降温最关键。因此,李飞多次表示“降温是王道”。

根据自己领先的技术优势,哲弗形成了独有的三位一体的全套热管理方案:

1.针对对电池舱采用液体降温,进行强制冷却;

2.针对热失控问题,采用复合型的探测系统来提前预警电池的热失控,电池发生故障时能及时报告;

3.上述探测系统作为触发电池热失控抑制的机制,一旦发生电池热失控蔓延,随即启动液态锂电池火灾抑制装置。

这套技术,目前已经在国内多家商用车企和用户当中使用,未来,将进军乘用车领域,成为电池的“安全气囊”。

李飞表示,从新能源汽车健康安全发展的角度上来看,建议车企为新能源汽车锂电池装配“电池安全气囊”,让用户选择,市场投票,一旦事故发生时,可以减少人员伤亡和财产损失,真正为新能源汽车实现保驾护航。
 

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