电动车的电池可以很安全,但为什么会频繁发生自燃和爆炸呢?
来源:宝鄂实业
2019-04-25 18:23
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1.为什么电池会自燃爆炸?
电动汽车电池跟手机电池类似,充放电过程中就是内部发生氧化还原反应。发生爆炸或自燃主要是因为电池发热后累积起来,且来不及扩散或释放所引起。也就是电池在充放电过程中产生大量的热量(反应热、极化热、焦耳热等组成)导致电池内部温度升高及单体电池之间温度不均匀,造成电池性能不稳定。
2.什么样电池比较安全
用于混合动力汽车和纯电动汽车的电池按正极材料分类主要有以下几种:磷酸铁锂电池、三元锂电池(包括NCA和NCM)、锰酸锂池、钴酸锂池、镍氢电池、钛酸锂池等。目前新能源车企使用电池类型如下表:
其中,磷酸铁锂电池和三元锂电池是主流产品。他们各自的优缺点如下,相比而言磷酸铁锂最安全,三元锂电池成本更适合商业化。
但是这仅是本身属性决定,正如炸弹本身是危险的,但如果管理和控制好,同样可以安全存放的。电池如果有合理的电池管理系统及热管理系统(BMS),电池就受控,都可以是安全的,电动汽车就不会因电池发生爆炸或自燃。
3.怎么样电池才不会爆炸
现在我们知道了电池工作过程中是释放热量,如果电池充放电过程产生的热量来不及释放将会热失控、甚至自燃或者爆炸,对电池性能及安全性产生重大影响,因此需要电池热管理对其电池温度进行管理。热管理系统主要是电池管理系统的一个子系统,在电池温度过高时对电池进行冷却或者在低温情况下对电池进行预热,保护和充分发挥电池的性能。
热管理系统中电池的冷却方式一般有以下几种:强制风机冷却、相变冷却、热管冷却、热电冷却、空调冷却、冷板冷却(介质可以是液体或者气体)等。
著名的特斯拉通过液体冷却(水50%+乙二醇50%,防止低温时液体无法流动)来控制温度升高;通用的Volt电池系统的加热冷却采用相变材料(PCM)方式进行冷却和加热。
大众的奥迪A3Sportbacke-tron采用带低温回路的液体冷却系统,能够将电池温度控制在最佳范围内,确保电驱单元即便在环境温度较低的情况下也能获得最佳的动力和耐力。
只有真真正正滴掌握电池管理系统、热管理系统等核心技术,新能源汽车因电池引起的自然或者爆炸现象也就能避免。千万别一味争取补贴、一味追赶潮流等本末倒置而忽视电动汽车的安全等问题。至于锂电池为啥会一短路就会爆炸燃烧,还得从它的结构说起。
简单来说,锂电池(包括18650和锂聚合物)的内部都是由正极材料(如LiCoO2,均匀的涂布在铝箔上)、电解质(电解液)、隔离膜和负极材料(多为石墨,均匀的涂布在铜箔上)构成。
其中,正极材料将影响同体积电池的能量密度,现阶段智能手机电池只能在3000mAh到4000mAh容量之间晃荡,就是因为没有更经济的可以明显提升能量密度的正极材料所致。想实现超过5000mAh的电池?不是不成,那就必须增加电池体积,最终导致手机变厚变重。
关键的地方来了,隔离膜虽然不起眼,而且对锂电池的性能没有半点增益效果,但它却是锂电池中最至关重要的核心。原因就是,隔离膜扮演着锂电池体内的“防爆墙”的角色。
在锂电池的充放电过程中,正极与负极是绝对不能接触的,否则就会出现短路,造成电池异常发热。好一点的情况是导致电池鼓包,而差一点的情况,就是燃烧甚至爆炸。
充电宝的电池多以18650电芯或锂聚合物电芯组成,而智能手机则都是锂聚合物电芯。反正无论是什么电芯,它们最怕的就是穿刺或大幅度的形变,因为在这两种极端的情况下,锂电池内部的隔离膜有一定几率会出现破损。
隔离膜一破,就为正负极材料之间的“不友好”访问奠定了坚实的基础。如果你手欠,本着科学实验的态度用金属的刀片或剪刀尖刺破锂电池,则会直接导致正负极材料的接触而短路。
电池内部的短路,会瞬间产生大量的热量,而电池内部的电解质和电解液在高温条件下会被电解从而产生气体,从而引起电池鼓包,当压力升高到一定量后则会冲破电池外壳(18650的铝壳或锂聚合物电池的铝膜)。
这还没完,当锂电池中的正极材料与空气接触时有一定几率会引起燃烧,如果是锂聚合物电池则会点燃电解质,产生强烈火焰;如果是18650电芯则会引燃电解液,气体极速膨胀发生爆炸。
理论上讲,正规锂电池在出厂前都会进行刺穿认证,使用一定直径的压力机针刺穿电池而不起火不爆炸,只有经过这个测试才能量产出厂。但是,电池因挤压、碰撞、穿刺、变形而引起短路,因短路而引起高热、因高热而触发燃烧,这里面的每一步都是小概率事件,只有同时满足几个小概率事件才会引起严重的爆燃事故。