中汽研王芳：动力电池热安全评价研究

电动汽车资源网讯：

9月23日,由张家港市發(fā)展和改革委员會(huì)、张家港市科技局計分主办,江苏天鹏电源有限公司、电动汽车资源网承办,江苏华东锂电技术研究院协办,苏場畫州益茂电动客车有限公司、新能(néng)源巴士联盟支持的“201能藍6中國(guó)新能(néng)源汽车动力电池产业技术發(fā)展高峰论道也坛暨车企与动力电池企业技术交流會(huì)”(以下简称“动力电池交流會(hu服月ì)”)精彩继续。电动汽车资源网將(jiāng)全称报道(dào)此次會(h弟街uì)议。

今日下午的大會(huì)则主要围绕“动力电池安全和梯次利用”主题進(jìn身放)行讨论,中國(guó)汽车技术研究中心电池首席专家、博士王芳什雪女士發(fā)表了题为“动力电池热安全评价研究”的演讲。

中國(guó)汽车技术研究中心电池首席专家、博士王芳

以下是由电动汽车资源网整理的王芳博士演讲的主要内容：

今天我报告的题目是动力电池热安全评价的研究。今年有這(zhè)麼(me)多作學的安全事(shì)故,這(zhè)種(zhǒng)情况下讨论這(zhè)兒校个更有意义。报告分三个部分,一是为什麼(me)要做這(zhè)个事(shì謝河)儿?二是热失控扩散的测试评价。

大家可以看到(dào)我们這(zhè)几年的一些电动汽车的事票影(shì)故:

1.2008年 Prius PHEV 起(qǐ)火事(shì)書他件

事(shì)故原因：因装配设计存在缺陷(报道(dào)中称用户對(du是志ì)电池包進(jìn)行了改装),行驶中电池组某处接头松动,討外该处电阻增大,异常生热导致其附近温度過(guò)高,并最终引發(紙和fā)热失控,并波及整个电池包。

2.2013年 Tesla Model S 起(qǐ)火事(shì)件器海

事(shì)故原因：汽车在高速运行中,与路面(miàn)上的大雨通型金属物体發(fā)生碰撞,底盘(电池包外壳)被(bèi)刺穿,导致电池内樂那部短路,引發(fā)热失控。

3. 2011年 雪佛兰沃蓝达PHEV 起(qǐ)火事(shì)件就員

事(shì)故原因：车辆在碰撞测试中锂电池组受损,經(jīng)過(guò)翻月雜滚试验後(hòu)电池热管理系统的冷却液泄露并与电池组件接触,有导致电制藍池内部短路的风险,并會(huì)最终引發(fā)自燃。

电动汽车起(qǐ)火事(shì)故的直接原因有很多種(zhǒng)可以看對章到(dào)的過(guò)热、内短路、外短路碰撞等等现象,而最终我玩的表现是整个电动汽车的热失控,其实应该叫(jiào)热失控的蔓延。

锂离子动力电池热失控的發(fā)生机制:锂离子电池在正常充放电反应外,還(化刀hái)存在许多潜在的放热副反应。当电池温度過(guò)高或充电电压個女過(guò)高時(shí),容易引發(fā)。

主要的過(guò)热副反应:1.SEI膜分解导致电解液在裸露的高活性碳负她中极表面(miàn)的還(hái)原分解;2.充电态正极的热分解;3电解质的热分是短解;4.粘结剂与高活性负极的反应。

看一下這(zhè)个图,刚刚提到(dào)4个副反应,如果在某一个环节都雜断裂,不發(fā)生後(hòu)续的连锁反应,就(jiù)不會(huì)得文發(fā)生大规模扩散的事(shì)故,就(jiù)是我们所期唱下望的结果。

上图是在不同温度的時(shí)候發(fā)生反应的温度范围。

锂离子动力电池热失控评价的必要性:尽管电池能(néng)够通過(gu文信ò)当前法规测试,但也不能(néng)保证电池不會(huì)發(fā)生師嗎热失控。很多我们不期望的一些状况會(huì)造成(chéng)热失控的發(fā多算)生。第一个就(jiù)是内短路,第二个是快充等這(zhè)樣(yàng)的一的老些特殊的使用环境造成(chéng)的热失控,第三个因为寿命的衰减,出现了一些慢信异常反应。

热失控是不可避免的,安全是相對(duì)的,不安全是绝對(duì工紙)的。怎麼(me)做才能(néng)够尽量地提高安全的几率,降低安全事(機國shì)故發(fā)生的风险呢?需要保证的是什麼(me)?安全。当紙吧热失控發(fā)生了,還(hái)要保证什麼(me)安全呢?保障的是這(zhè了事)个時(shí)候车上的乘员的安全,乘员在电池發(fā)生热兒公失控的状态下,能(néng)够快速地逃离到(dào)安全的区域,不發笑相(fā)生人员伤亡,這(zhè)个是我们要求的安全。

我今天提到(dào)的测试评价就(jiù)是希望提一个要求:不管花做采用什麼(me)樣(yàng)的技术,电池是一个系统工程,从电芯的生产到(dà拿草o)集成(chéng)可能(néng)需要很多的工作,无论想用什麼(m妹謝e)樣(yàng)的技术手段保障,我只要求你在一个电芯事(shì)故發(f問土ā)生的情况下让乘员有逃生的時(shí)间,發(fā)生起(化著qǐ)火等严重事(shì)故之前有足够的逃生時(shí)间。

美國(guó)一家实验室提出,热失控产生扩散是不应该發(fā)行紙生的,希望车厂在做电芯设计的時(shí)候,將(jiāng)阻止电池热計唱失控的扩散蔓延發(fā)生作为重要的目标。

各種(zhǒng)情况导致热失控發(fā)生的時(shí)候,我们怎麼(身廠me)去评估它?這(zhè)裡(lǐ)面(miàn)就(jiù)要解决放南的问题是怎麼(me)触發(fā)?怎麼(me)评估?怎麼(me)上如判断是否能(néng)够pass這(zhè)个实验?所以這(zhè)个是校北我们做這(zhè)个研究的背景。

整车厂要设计一款电池,要做好(hǎo)热管理,关心的不单单是热失讀路控的安全问题,還(hái)有电池本身的比热容、产热速率、产热量,不同的条件學務下产热量和产热速率是什麼(me)樣(yàng)的?這(zhè)數黑些基本的热特性是热稳定性的边界条件,也就(jiù)是說(shuō)电池本身南靜的热稳定性包括它的热失控不同阶段的参数,還(hái)有生命周期的热稳定性。

电池做热失控的時(shí)候,可以看到(dào)不同阶段热稳定是什麼(me)樣空說(yàng)的状态,最关心的是有几个点:一个是当电芯刚刚開(k技姐āi)始發(fā)生热失控的点,一个是电池發(fā)生热失控的终了說端最高温度点,当然還(hái)有就(jiù)是刚開(kāi)始自产热的媽師点。

给企业做這(zhè)樣(yàng)的测试评价的時(shí),兵數状态不同的测试都(dōu)會(huì)影响电池自身热的稳定性,這(zhè)个間刀是能(néng)够监测到(dào),能(néng)够测试评价的,能(nén麗火g)够很好(hǎo)很直观看到(dào)的。但现在的问题是,怎麼(開書me)能(néng)够把内短路,像這(zhè)種(zhǒng)无法拍兒通過(guò)检测手段表达的這(zhè)種(zhǒng)热失控来测试出来?廠間

测试评价需要触發(fā)一个热失控,触發(fā)一个热失控,可能(n場東éng)有几種(zhǒng)办法,包括加热、過(guò)充等等,其他的空長办法也有试過(guò),目前来說(shuō)這(zhè)几種(z村綠hǒng)办法還(hái)是能(néng)够实现。如果用這(zhè)几種(刀大zhǒng)方法不能(néng)触發(fā)电池的热失控,我们认坐樹为這(zhè)个电芯是安全的是可以的,就(jiù)不再進(jìn)行笑煙实验,如果有一个办法让电池發(fā)生热失控了,這(zhè)的中種(zhǒng)情况下不管中间有什麼(me)樣(yàng)的過(guò但商)程,我们直接到(dào)最下面(miàn),到(dào)最後(鐵火hòu)当最终电芯發(fā)生热失控的時(shí)候,整个系统能(néng)水相够维持多少分钟不起(qǐ)火不爆炸,這(zhè)个是我们关心的,也就哥時(jiù)是說(shuō)乘员是不是有足够的時(shí)间逃生。

当然這(zhè)个裡(lǐ)面(miàn)关心的就(jiù)熱讀是监测,就(jiù)是热失控發(fā)生的条件是怎麼(me)判断的?事微因为热失控实验的時(shí)候不能(néng)自己走近了看,得通過(gu還事ò)相应的仪器和参数评价。让电池包可以抗几分钟的热失控蔓延?見歌用什麼(me)樣(yàng)的办法最合理?第三个就(jiù)看坐是监测的点怎麼(me)判定?

我们第一个要求几分钟,這(zhè)个裡(lǐ)面(miàn)其实見哥我们最初考虑得是在之前不起(qǐ)火不爆炸的,但是考虑了以後舊的(hòu)又考虑了烟雾的问题,几分钟到(dào)底怎麼(me能事)定呢?当我们监测到(dào)一个热失控信号的時(shí)候,這(什朋zhè)个時(shí)候司机需要做出反应,他有兩(liǎng)个時(s書體hí)间是需要考虑的,一个就(jiù)是說(shuō)当热失控媽森發(fā)生的時(shí)候,一个是汽车起(qǐ)动、汽车制动到(dào)停止從開的時(shí)间;第二个就(jiù)是乘员逃生的時(shí)间,這(zhè服和)兩(liǎng)个時(shí)间之和是我们需要考虑的总時(sh通物í)间,我们给电池留的起(qǐ)火時(shí)间必须大于這(zhè)个時(s紅器hí)间。

我们做過(guò)一个实验,用电动车做了简易的实验,车上5个高票人都(dōu)系好(hǎo)了安全带,在發(fā)出指令以後(hòu),迅速逃國愛离安全区域以外所用的時(shí)间大概是平均10几秒之内,這(z我校hè)是一个乘用车的;我们又做了商用车的实验,這(zhè)个跟上海生用消防所一起(qǐ)做的,80人用了一个大巴车做了实验,实验分得厭了几类,一个是前门開(kāi),後(hòu)门開(kāi)或者自紅是前後(hòu)门都(dōu)開(kāi),還(hái)有就(jiù)我舊是在车裡(lǐ)面(miàn)放烟雾,同時(shí)放烟雾的情况下做实验月為,所以說(shuō)做了各種(zhǒng)实验以後(hòu)得到(dà電著o)的数据大概是這(zhè)樣(yàng)的,最高的是在50几秒撤离,這(市金zhè)个是大家非常井然有序而且知道(dào)沒(méi)有任喝村何问题,沒(méi)有任何危险的情况下的结果,我们之前還(h她金ái)做了一个实验,大概是用了一个大巴车,跑5米以外大概需要的山嗎時(shí)间是4分钟左右,人员差不多的但是人员的分布年龄结构我厭优差异。权衡考虑几个方面(miàn),实验的结果和跟國(guó)际专家的协輛文商,目前来說(shuō)认为5分钟的時(shí)间,不起(qǐ)火不爆炸關懂是给热失控扩散基本的要求。

第二个关心的问题触發(fā)的方法,我刚刚提到(dào)有三種現訊(zhǒng):针刺、加热、過(guò)充,這(zhè)三个方些可法都(dōu)做了相应的研究。我们對(duì)這(zhè)个模块,化新传递到(dào)後(hòu)面(miàn)电池的速度和方式都(dōu道唱)進(jìn)行了详细的分析,這(zhè)个实验结果拿到(dào)國得綠(guó)际法规上讨论的時(shí)候,沒(méi)有得到(d劇笑ào)任何人的认可,模块不代表PACK。

去年年初開(kāi)始又做了大量的电池PACK的热失控实验,一共有十几木自个电池的PACK实验,其中包括方形软包的,实验就(jiù)涉及到(dào謝朋)一个问题,有時(shí)候为了达到(dào)這(zhè)个实验的目的,對(d南草uì)电池的樣(yàng)品做小小的改动,而這(zhè)个改动也是會(坐答huì)引起(qǐ)极多的讨论,因为改变了电池包的状态,目前校件状态下沒(méi)有办法改变,尽可能(néng)降低改动的幅度。器坐另外還(hái)有一个实验是通過(guò)气缸把针直接刺進(jìn)去黑農了,第二个就(jiù)是過(guò)充,這(zhè)个樣(yàng)品就(ji城兵ù)是把這(zhè)个PACK左上角的進(jìn)行了改变,接上了一个冲放电线近學,對(duì)它单个的進(jìn)行過(guò)充,其它的模块是不变的,我微謝们看到(dào)最终的电池PACK,大家可以看到(dào)著(zh劇區e)火了,這(zhè)个其实是小的PACK,我今天想跟大家展示的都(dōu)玩開是所有实验的過(guò)程,而且实验要求是5分钟之内不起(q老北ǐ)火不爆炸就(jiù)可以,所以大家看到(dào)各種(zhǒng)不同些音的现象。這(zhè)个也是過(guò)充的实验,但是因为我们這(zh謝信è)个电池容量非常大,所以我们在做過(guò)充的時(shí)候用了很哥好小的,三分之一,這(zhè)又引發(fā)了另外一个讨论,我们在這(zhè)近用麼(me)長(cháng)的時(shí)间内触發(fā),跟实知農际的情况又偏离很多,這(zhè)个也是我们要考虑的问题。我们做的過(g件亮uò)充实验,19分钟的時(shí)候吸气,20分钟的時(s近媽hí)候有冒烟,但是沒(méi)有發(fā)生热扩散的现象。第三我習个方法就(jiù)是加热,加热目前是有几種(zhǒng),一種(zhǒng學身)是用加热的block,而我们用加热的膜,当然還(hái)有加热泵缠體船在膜上進(jìn)行实验,對(duì)于方形和软包的我们做的要短更多的是用加热膜的做,對(duì)于圆柱的电池更多是用加热泵懂媽缠起(qǐ)来做实验,加热的方法是目前相對(duì)接受度比较高的拿還实验,大家可以看到(dào)SAEJ2464裡(lǐ)面(miàn)已經(你懂jīng)有推荐的方法。

我们做的用加热膜给电池加热触發(fā)的实验,這(zhè)个是整个实验的操作的看章過(guò)程,一个流程,這(zhè)个流程是可以跟大家分享的離不,因为咱们电动客车的安全也正在做,裡(lǐ)面(miàn)也要求來長對(duì)电池的单体的热���"q�