动力锂电池热失控的主要原因是什么
来源：宝鄂实业
2020-05-05 16:42
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热管理系统主要负责控制温度，确保电池一直处在一个合理的运行温度下。通常，热管理系统由整车控制器控制，在电池包温度异常时，通过空调系统进行及时散热或者加热，保证电池安全以及寿命。
内部改进即从电芯内部的材料结构上进行改造，从而使锂电池具备更好的耐热、散热性能。以目前的研究热点来说，发展固态电解液；对正负极进行结构改造；以及引入安全性更高的隔膜材料都是从内部提升电池热性能的主流方法之一。
(1)过热触发热失控
导致动力电池过热的原因来自于电池的选型和热设计的不合理，或者外短路导致电池的温度升高、电缆的接头松动等，应该从电池设计和电池管理两个方面来解决。
从电池材料设计角度，可以开发来防止热失控的材料，阻断热失控的反应；从电池管理角度，可以预测不同的温度范围，来定义不同的安全等级，从而进行分级报警。
(2)过充电触发热失控
今年的一起纯电动大巴起火事件原因就在于“过充电触发的热失控”，具体则是电池管理系统本身对过充电的电路安全功能缺失，导致电池的BMS已经失控却还在充电导致的。
针对这类过充电的原因，解决办法首先是查找充电机的故障，这可以通过充电机的完全冗余来解决；其次是看电池管理合不合理，比如说没有监控每一节电池的电压。
值得注意的是，随着电池的老化，各个电池之间的一致性会越来越差，这时过充就更容易发生。这需要进行整个电池组的均衡，来保持电池组一致性。
比如采用“先并后串”这一最常见电池组组合方法的串联的电池组，在解决单体一致性问题后，最好的情况是拥有与最小容量的单体一样大的容量。有了这个一致性之后，容量回升了，同时也能防止过充。
为了实现一致性，必须有一种方法对各个单体进行容量估计。欧阳明高建议，可以根据充电曲线的相似性来进行全体电池组状态的估计。
也即是说，只要知道了其中一个单体电池的充电曲线，其他的曲线应该跟它是相似的。经过曲线变化，它们可以近似重合，曲线变化的过程中间的这些差异就很容易计算。根据一个单体可以推算出其他的单体。有了这样的方法，就可以进行上文提到的一致性的均衡，当然这种算法的时间过长，需要进行简化。
(3)内短路触发热失控
波音787客机曾因电池爆炸起火。在查找事故原因时，发现电极和隔膜上有金属物，产生了内短路。虽然专家无法100%确认热失控是由内短路触发的，但它是最可能的原因，因为找不到其他原因，且内短路没办法“浮现”。
电池制造杂质、金属颗粒、充放电膨胀的收缩、析锂等都有可能造成内短路。这种内短路是缓慢发生的，时间非常长，而且不知道它什么时候会出现热失控。若进行试验，无法重复验证。目前全世界专家还没有找到能够重复由杂质引起的内短路的过程，都在研究当中。
要解决内短路问题，首先要找到产品品质好的电池厂商，选择电池及电池单体容量；其次对内短路进行安全预测，在没有发生热失控之前，要找到有内短路的单体。
这意味着必须要找到单体的特征参数，可以先从一致性着手。电池是不一致的，内阻也是不一致的，只要找到中间有变异的单体，就可以将其辨别出来。
具体而言，正常的一个电池的等效电路和发生了微短路的等效电路，方程的形式实际上是一样的，只不过正常单体、微短路的单体的参数发生了变化。可以针对这些参数来进行研究，看其在内短路变化中的一些特征。
其中特征之一就是内短路单体的电势差，比较其内阻跟其他单体的差异。欧阳明高提出，研发人员要利用模型来进行单体的辨识。在测出每个单体的电压、电流后，利用这些数据再结合模型，就可以把每个单体的内阻预估出来。再把单体的参数全部预估出来后，根据参数的变化，便可以判断其一致性是否发生了显著性变化。
(4)机械触发热失控
碰撞是典型的机械触发热失控的一种方式。特斯拉屡次发生起火事故就是这个原因。欧阳明高透露，清华大学跟MIT共同合作对特斯拉在美国的碰撞事故进行过分析。如果在实验室进行碰撞的一个仿真，最接近的是针刺。
解决碰撞触发热失控的办法就是做好电池的安全保护设计。而这需要研发人员先了解热失控的发生过程。
一般而言，热失控发生之后，会往下传播。比如第一节热失控之后会有传热，开始传播，然后整组像放鞭炮似的一个一个接下来。针对这种传播，可以建立一个模型，包含中间温度升高率、化学能电能的产热、传热对流等。整个热电耦合的模型，可以用量热仪来做一个相关的定量分析。
