防范热失控的方法有哪些呢？分享几种针对锂离子电池的防火方案

　锂电池一般分为锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池因可充电且能量密度高，其应用越来越广泛。锂离子电池的安全性是抑制锂离子电池及相关行业（如新能源汽车）发展的瓶颈。锂离子电池内部的电解液是易燃液体，电极是可燃材料，锂电池在过充、短路、过热、穿刺或碰撞等情况下发生热失控，容易起火甚至爆炸，手机、电动自行车或电动汽车因电池着火引发火灾的案例时有发生。

　　作者集20年消防行业工作经验，并与国内外同行广泛交流，从2012年开始研究电动自行车、电动汽车锂离子电池的防火，本文分享几种针对锂离子电池的防火方案。

　　锂电池防火策略简介

　　锂电池防火需要建立具有战略纵深的多道防线。除了电池内部尽可能使用不可燃或难燃材料让电池具有本质安全性能外，电池外部的第一道防线是防止发生导致电池过热着火的各种诱因，比如过充、短路、撞击等，这就需要对电气系统进行安全设计。

　　当第一道防线被突破后（比如电池管理系统发生故障未能及时切断充电电源），电池温度升高，监控系统中的温度传感器或气体、烟雾探测器等应及时发现故障并报警，提醒工作人员处理故障，消除火灾诱因。此为第二道防线。

　　当故障未及时处理、第二道防线被突破后，电池燃烧（阴燃）已无法避免，此时消防系统要做的是将燃烧限制在发生故障的电池盒（或箱）内（containment)，并能隔离相邻的未着火的电池和设备，避免火势扩大（isolation)。由于锂离子电池热失控后温度极高，现有的非水系灭火剂如气体、干粉无法将电池温度迅速降下来，灭火效果不太理想。因此将电池防火目标设定为控火（controlledburn-down)，是一种比较现实的方案，技术经济性较强。此为第三道防线。

　　如果控火失败火情扩大，对人员财产安全造成严重威胁，则需要启动在车内安装的固定式水基灭火系统或等待消防队来灭火。

　　一般来说，第一道和第二道防线由电池制造商或电动汽车制造商考虑。作为消防专业人士，可为客户建立牢固的第三道防线，根据电池的具体型号规格性能进行方案定制，方案所使用的部件来自世界各地，不限于某一种设备或材料。

支撑当代社会的基础设施有必要以十分高的可靠性运转。互联网服务器群和通信交流中心为了确保近乎100％的“无故障运转时间”或体系可用性，它们大多都依靠一项十分成熟的技术——铅酸电池，而数据存储中心采用的却是高新技术。一般，这些要害节点和许多其他重要部分均配备备用电源，备用电源的第一层一般是逆变器，逆变器对阀控铅酸（VRLA）电池或功能类似的密封式胶体电池组装的电池组供给电源转换。

这项传统技术之所以广为使用，有许多原因，尤其是铅酸电池经济实惠，并且具备出色的可靠性。不过尽管出色却并不完美。VRLA电池使用寿数有限（规划寿数一般为12年），一般要害体系使用这种电池作为备用电源，不过定期更换。故障或许、的确时有发生。在一个典型的备用电源体系中，这种电池的效果正如其名—它们始终保持彻底充满电的状况等候主电源失效。而彻底充满电状况则经过连续的小电流“浮”充电维持。如果浮充电流低于某设定限值，则电池内部电解发生的气体就会再化合。在这种情况下，浮充电压即便略高于单个电池标准值2.27 V，也有或许损坏电池。小幅过电压将导致电解液分出多于再化合处理量的更多气体，这些未被处理的气体会经过安全阀溢出。如果电池温度过高，即便充电电压恰当，也会导致电解液损耗。

其他失效形式包括前期硫酸化、极柱和板栅连接不良、极板和板栅连接不良、电解液层化及板栅加快腐蚀。另外还有一种尽管少却是灾难性的失效形式——热失控，这是VRLA和胶体电池所特有的一种失效形式，能够引起爆破起火。防范热失控的仅有方法是监测电池内部温度。

只是监测电池电压对检测铅酸电池容量下降所起的效果十分有限，这一点现已得到业内公认。当电池功能正在下降时，一般出现的是标称电压，直到释放大电流时方能显现出来，而这时它的容量现已严重下降，端电压过早跌落。经过丈量电解液确切比重来确认电池状况，这种方法对密封VRLA或胶体电池不适用；常规上，检验电池容量采用的仅有办法是将整个电池组放电至受控状况以下，不过这种方法需要电池停止使用。此外，深度放电还会下降铅酸电池的寿数；在定期对其备用电池进行放电测验以及其主电源具备高可靠性的体系上，大多采用这种测验方案确认电池使用寿数。

　　聚合物电芯的内阻较一般液态电芯小，国产聚合物电芯的内阻甚至可以做到35mΩ以下，极大的减低了电池的自耗电，延长手机的待机时间，完全可以达到与国际接轨的水平。这种支持大放电电流的聚合物锂电更是遥控模型的理想选择，成为最有希望替代镍氢电池的产品。

　　经过30年的发展，18650电池制备工艺已经非常成熟，除了性能有了极大提升之外，其安全性也非常完善。为了避免密封的金属外壳发生爆炸，现在18650电池都会在顶部配有一个安全阀，安全阀是每一颗18650电池的标配，也是最重要的一道防爆屏障。当电池内部压力过大时，其顶部安全阀会开启排气减压，避免爆炸。但是，当安全阀开启之后，电池内部泄露出的化学物质在高温的条件下会与空气中的氧气发生化学反应，仍然有可能出现起火的情况。另外，现在部分18650电池还自带保护板，具有过充过放和短路保护等功能，安全性能十分高。

近来，能够进行连续监测的非介入式电子法能够检测单个电池的临近失效状况，这种方法既能节约成本，又能维持整个体系的可用性。此类体系的前身一般丈量电池或电池组（电池行业术语，指封装于同一壳体内的多个电池）电压—尽管其局限性众所周知—加上充/放电流和周围温度。一些体系试图丈量或推测电池内阻，其成效各有不同。

LEM的Sentinel体系是基于依靠简单的基本参数模仿丈量进行转变的抢先产品，现在现已发展到第3代即Sentinel III。它在单片定制规划的SoC（体系芯片）集成电路上整合了模仿和数字技术。该装置配置在一个丈量端电压、电池内部温度以及内部阻抗的模块内，关于能够供给精确丈量结果、费用又在大多数备用体系配置能承受的预算范围内的体系而言，它是规划时一个要害要素。