详解动力电池燃烧原因及热失控防范措施
来源：宝鄂实业
2019-04-09 16:04
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着火、爆炸是动力电池系统较为常见的热失控危害表现，造成的影响，也更为严重，不但会造成财产损失和环境破坏，甚至会造成人身伤害或生命危险。
热失控诱因
导致动力电池系统发生燃烧或爆炸的可能原因有：
1、动力电池（电芯）的放热副反应导致热失控，引燃电解液和其他可燃物质；
2、动力电池系统的高压回路中局部连接抗阻抗过大，有大电流流过时倒至温度上升达到着火点温度，引燃动力电池系统内部的可燃物质；
3、动力电池系统外部发生燃烧，导致动力电池系统内部温度持续上升，达到着火点温度，引燃内部的可燃物质。
针对电动汽车的使用的情况分析，第一种情况的发生概率较高，危险系数也较高，电芯的放热副反应导致热失控是动力电池系统发生燃烧或爆炸的主要原因。
锂离子电池内部主要放热反应有：
1、ESI膜的分解,温度范围是90~120℃；
2、负极与电解液的反应,温度达到120℃以上；
3、电解液分解,温度大概在200℃左右；
4、正极与电解液的反应，伴随正极分解析出氧气，温度范围在180~500℃；
5、负极与粘结剂的反应，大概在240度以上。
电芯热失控（燃烧、爆炸）的根本原因是电芯内部的放热副反应导致热量累积，电芯对外热交换的速率小于热量积累速率，温度持续升高，直接达到着火点温度，引起燃烧和爆炸。
电芯内部的热过程遵循能量守恒：Qp = Qe + Qa
公式中Qp为电芯内部各种负反应所产生的热量，Qe为电芯与环境交换的热量，也就是散热，Qa是电信自己吸收的热量及热积累。如果Qe≥Qp则Qa为为负值或零，电芯内部温度不会上升，不会产生热失控；如果Qe＜Qpq为，电芯内部温度会持续上升，直至达到热失控温度200~300℃。
从上面的分析可以看出，如果不能阻断电芯内部的放热副反应，电信内部的温度就会一直上升，直至发生热失控事件，要降低事故发生的风险，可采取的措施有：
采取保护措施，降低外部突发因素发生概率（比如过充、过放、过热、短路、挤压、穿刺等）；
阻断放热副反应的正反馈过程，如在PACK模组在采用邦定保险丝工艺，或在正负极材料与集流体之间增加PTC材料；
降低放热副反应所产生的热量，如选择磷酸铁锂正极材料，改变电解液的有机溶剂成分等；
提高着火点温度，如在电解液中添加阻燃材料，选用陶瓷隔膜等；
提高散热能力，避免热积累，如采用高效的液冷设计方案，也有个别方案将整个电池，浸在冷却液中。
以上，所总结的热失控机理与防范措施，在电池全系电池设计、制造中都有实践，但是针对实际中不同材料体系会有不同化学特性，其电芯热失控机理存在不同，不同的系统设计也会导致系统级的危险和解决措施各不相同，效果也千差万别。
最有实效、应用最广泛的防范措施就是热失控监测与预警技术。
烟台创为新能源“锂离子电池热失控模型”技术的出现，开拓了电池箱热失控监测及自动灭火技术的规模化应用时代，创领了电池箱专用自动灭火装置行业的兴起和发展。
“锂离子电池热失控模型”分为纵向、横向和垂向三维。纵向为多传感器的数据冗合，即对多组同环境下的传感器数据进行多次拟合，模拟不同材料、不同环境的数据表征曲线；横向为对传感器的历史数据进行连续时间算法，排除噪声干扰，有效解决了阈值法监测方式的漏报、误报、预警滞后问题；垂向采用穿刺、钝针积压等不同方法模拟不同类型容量动力电池热失控过程。
通过三维融合，用数学手段，以大量实验及真实运行数据为基础，归纳热失控导致的各种变量之间的内在关系，采用神经学原理，形成极早、高可靠、自运行的“锂离子电池热失控模型”，实现电池活在隐患的早期预警和智能控制。
大量实车运行中发生的预警实例证明了此模型的有效性和先进性，使之成为当前电池箱热失控预警及自动灭火的核心技术。
预警实例一
2017年3月，某公交公司3路纯电动公交3号电池箱报2级预警（安全隐患等级），驾驶员及时上报公司，并停止运行。采集数据分析，其他箱体电池气体含量和变化率正常，3号电池箱气体含量和变化率明显高出。判定为电池危险气体超标，可能为电池漏液导致。后经公交公司、车企、电池企业协同努力，拆箱检查，证实为电池漏液。更换电池，不再报警。
预警实例二
2017年3月，某交运公司纯电动公交4号电池箱报2级预警，驾驶员描述，第一次2级预警16年12月份，拆箱后报警消失；第二次预警17年2月份，拆箱后报警消失。本次是第三次预警。协调报警系统厂家、电池企业、车企协同判定，经采集数据分析，该4号箱数值及趋势与其它箱体完全偏离，结合以往报警及消失现象，初步判定为电解液漏液。拆箱检查，证实为某只单体电池安全阀不明原因受损，电解液泄露。
预警实例三
2017年3月，某公交公司某纯电动公交报7号箱2级预警，驾驶员及时上报公司，并停止运行。数据分析判定为电池危险气体超标，可能为电池漏液导致。后经车企、电池企业协同努力，拆箱检查，证实为电池漏液。更换电池后，不再报警。
预警实例四
2017年3月20日，某交运集团县城公交某纯电动公交报3号箱2级预警，驾驶员及时上报并停止运行。数据分析判定为电池危险气体超标，可能为电池漏液导致。后经拆箱检查，证实为两支电芯发生不明原因泄露。
基于“锂离子电池热失控模型”，烟台创为新能源研制生产的CW1160系列电池箱专用自动灭火装置系统，如今已广泛使用于宇通、中通、长江汽车、上汽大通等三十余家主机厂，被CATL、中航锂电、海四达、普莱德等近二十家电池厂标配或选装。除了大面积安装在新能源商用车上之外，还广泛使用于新能源乘用车、新能源机场专用车、储能电站/换电站、物流车等多个需求场景。
