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簡(jiǎn)談鋰離子電池系統(tǒng)起火

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1217次  |  2020年07月02日  

鋰離子電池起火的原因不盡相同,詳細(xì)的事故分析能幫有效規(guī)避未來風(fēng)險(xiǎn)。


最近整理電池系統(tǒng)由內(nèi)而外起火的原因分析,這里重要是考慮一層層原因往前去推,然后考慮將以前和未來的事故都放進(jìn)去進(jìn)行匹配,再根據(jù)各個(gè)車型的實(shí)際設(shè)計(jì)推測(cè)未來出事故的ppM(ppM:partperMillion,百萬分之幾)。下文把所有廠家的名字都去掉了,探討這個(gè)話題并不針對(duì)任何公司,不做評(píng)判。


這是從假定單個(gè)出問題=》擴(kuò)展到全局的實(shí)驗(yàn)維度


說明下,因?yàn)檎麄€(gè)分析,只是為了匹配電池系統(tǒng)著火這個(gè)極端事件出現(xiàn)的,我們就區(qū)隔出機(jī)械濫用的內(nèi)容。電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)著眼于一個(gè)車輛比較安全的位置,防止在車輛使用過程中出現(xiàn)問題。整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)這塊固然是目前大量做針刺、擠壓等實(shí)驗(yàn)安全性的內(nèi)容,但實(shí)際上由機(jī)械濫用引起的問題反而成為大家容易解決的問題。


以Tesla為例:


T3:在美國(guó)田納西州士麥那起火燃燒,這輛電動(dòng)汽車沖向掉落路面的拖車掛鉤,底盤碰撞后發(fā)生火災(zāi)。


T2:駕駛者在轉(zhuǎn)彎時(shí)撞上、并穿過了了一座水泥墻,最終撞在一棵樹上停了下來,起火。


T1:在西雅圖車主稱撞上了路中的金屬殘片,因此他離開了高速公路。車子失效后,他又聞到了燃燒的味道,車輛此時(shí)著火燃燒。


這種機(jī)械上的設(shè)計(jì)也顯得簡(jiǎn)單,在結(jié)構(gòu)外圍和底蓋考慮更多的防護(hù),即可取得立竿見影的效果。


起火背后的原因分析


我們把今年發(fā)生事故的廠家去掉,可以再思考下,車起火是電池還是電池之外?


很大一部分是電池之外的負(fù)載


線纜過熱=》外圍部分被點(diǎn)燃的事更多些


這里可以分基本的三層,著火的本質(zhì)原因


1)電池內(nèi)的未按照設(shè)計(jì)意圖的熱能釋放+內(nèi)外燃燒物


2)電池內(nèi)的可燃?xì)怏w釋放+燃點(diǎn)


3)電池內(nèi)的可燃液體釋放+燃點(diǎn):此處重要包括電解液泄漏和冷卻液泄漏兩部分。


我們可以通過電池系統(tǒng)的熱能釋放來考慮下:


1.1電池包或電池單體過充


過充一般而言確實(shí)是熱能釋放比較普遍的原因,電池包級(jí)熱失控事件,可以往下細(xì)分為多電池(模組、單體過充)=》電池過充和電解液蒸發(fā)=》熱事件


SOC計(jì)算錯(cuò)誤引起的過充(SOC:剩余電量)


高SOC狀態(tài)下,未按照保護(hù)而進(jìn)行的能量回收引起的


充電控制程序卡住引起的過充


1.2短路過流的熱能釋放


電池包/高壓電路故障導(dǎo)致短路=》熱量


這里重要是由電池包內(nèi)部短路和外部短路,引起導(dǎo)體&連接器過熱、單體過熱引發(fā)隨后的熱事件。進(jìn)一步細(xì)分也可以分解成模組的短路引發(fā)的部件過熱。


模組一級(jí)的短路


電池組內(nèi)一級(jí)短路


外圍腐蝕性/導(dǎo)電液體進(jìn)入引起的短路


1.3高連接阻抗的發(fā)熱


電池包/高壓電路的故障,導(dǎo)致充放電回路中出現(xiàn)高阻值的位置,電流在這一高阻點(diǎn)的溫度上升,可能導(dǎo)致了相鄰材料的著火和后續(xù)的熱量傳播


干路連接點(diǎn)接觸不良、腐蝕引起發(fā)熱


電池的內(nèi)阻提升和內(nèi)部出現(xiàn)過熱


1.4單體排氣出現(xiàn)可燃性氣體,隨后的熱源(電弧,單體熱失控)導(dǎo)致電池系統(tǒng)的多余熱能


在這個(gè)里頭,單體單點(diǎn)故障熱失控界定實(shí)驗(yàn),可以考慮單個(gè)單體擴(kuò)展到整體方面的,在既定的條件下,將實(shí)現(xiàn)每個(gè)電池包備案交底,有些參考用途,但實(shí)驗(yàn)的條件與故障的發(fā)生不大可能完全吻合。


案例回顧


實(shí)際上,起火的事,都是交織在一起的,第一部分和第三部分往往結(jié)合很深。


2.1漏液加短路


案例1:A車起火


現(xiàn)象1:電池箱內(nèi)電池單體出現(xiàn)兩包以上漏液


現(xiàn)象2:電池單體和電池箱鋁殼之間的絕緣受損


運(yùn)行振動(dòng)=》電池箱內(nèi)出現(xiàn)局部電池間歇性短路=》絕緣損毀點(diǎn)通過電池箱及支架的接地構(gòu)成強(qiáng)電壓的短路回路=》熱能釋放,電解液+電池本體的發(fā)熱=》引發(fā)


火勢(shì)擴(kuò)大,點(diǎn)燃內(nèi)飾


案例2:B車起火


現(xiàn)象1:車輛發(fā)生猛烈碰撞后,電池結(jié)構(gòu)受損,冷卻管破裂引發(fā)冷卻液泄漏


現(xiàn)象2:冷卻液浸沒BMU電路后引發(fā)緩慢的化學(xué)用途(BMU:電池管理單元)


采樣點(diǎn)浸沒后,板級(jí)沒有徹底防水設(shè)計(jì)導(dǎo)致緩慢加熱觸發(fā)冷卻液燃點(diǎn)=》停車場(chǎng)放置了幾周后起火


小結(jié)


1)起火是個(gè)很極端的事情,但是曝光度很高,大家第一反應(yīng)都是電池系統(tǒng)的事情,從各種分析來看,從電池系統(tǒng)著火起來的事,必定有故障發(fā)生,而且有熱量集聚引燃


2)假如把更多公開的信息匯總在一起,再拆解比較,完善系統(tǒng)分析過程還是可以達(dá)成一些共識(shí)防止很多未來的著火事故。


國(guó)外的事故參考(詳情戳這里):


1.XXXXfireburnsdownagarage


2.AparkedXXXXcombusts


3.AnotherXXXeruptsintoflames


4.AXXXXdriverrecountsanearbrushwithdeath


5.AdamagedbatterypackignitesaSeattle-areafire


6.Shortcircuitsinbatteries,duetoHurricaneSandysstormsurge,leadtoa16-carfire


7.XXXCharingfiregarage


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