鉅大LARGE | 點擊量：824次 | 2019年06月27日
闡述鋰離子動力電池作為車用電源體系的安全性問題及其有用的解決方案
動力電池安全性是新能源轎車大規(guī)模推廣應(yīng)用過程中，各方最重視的焦點問題之一。這里闡述鋰離子動力電池作為車用電源體系的安全性問題及其有用的解決方案。動力電池體系安全性問題首要分為3個層次，即“演化”、“觸發(fā)”和“擴展”?！把莼笔侵竸恿﹄姵匕踩允露税l(fā)作之前，故障或許經(jīng)歷了長時間的演化過程；“觸發(fā)”是“演化”過程的轉(zhuǎn)折點，也能夠是突發(fā)情況破壞了動力電池體系，并導(dǎo)致安全性事端。在動力電池安全性事端“觸發(fā)”問題上，最為核心的問題是鋰離子動力電池的熱失控。熱失控“觸發(fā)”發(fā)作后，應(yīng)避免熱失控“擴展”的發(fā)作。
以下我們首先從近年的一些鋰電池安全故事切入，引出“演化”、‘“觸發(fā)”和“擴展“的概念。之后，遷就這3個層次一一打開闡明。
1.鋰動力電池安全事端回顧
能夠看出，鋰離子動力電池事端首要表現(xiàn)為因熱失控帶來的起火焚燒。起火焚燒是令人擔(dān)憂的安全性問題，但事實上，現(xiàn)在發(fā)作的事端所形成的損害有限，除電池組焚燒、損壞車輛本體、引燃周圍車輛之外，發(fā)作人員傷亡的情況較為罕見。大部分事端中，人員能夠及時得到危險警示并安全撤離事端現(xiàn)場。事端4（比亞迪出租車磕碰起火事端）中的人員傷亡首要是因為高速磕碰形成車內(nèi)乘員昏厥而無法逃生，事端5（波音787電池起火事端）中的人員受傷是因為飛機緊迫降落后的疏散過程中發(fā)作的摔傷。
1）電池體系安全性的“演化”。安全性事端發(fā)作前，有兩種情況。一種是電池體系長時間老化帶來的可靠性下降，也稱之為安全性“演化”，比方表1中的事端1、2、3、5、7；另一種是突發(fā)事件形成電池體系損壞并引發(fā)電池?zé)崾Э嘏c起火焚燒，也稱之為安全性“突變”，比方表1中的事端4和6。安全性的“演化”與“突變”統(tǒng)稱為“演化”。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2）電池體系安全性事端的“觸發(fā)”。電池體系長時間老化與突發(fā)事件形成的電池體系損壞，或許會進一步“演化”為鋰離子動力電池的熱失控與起火焚燒。鋰離子動力電池從正常工作到發(fā)作熱失控與起火焚燒的轉(zhuǎn)折點稱為“觸發(fā)”。
3）電池體系安全性事端的“擴展”。單體電池或電池組內(nèi)部分電池發(fā)作熱失控“觸發(fā)”之后，熱失控與焚燒短時間內(nèi)放出很多的熱量。這些熱量向周圍電池與電池體系附件傳遞，會帶來相應(yīng)的次生損害，如周圍電池順次發(fā)作熱失控與焚燒，或火焰?zhèn)鬟_點燃車內(nèi)線束與內(nèi)飾等。這類熱失控與起火向周圍傳達的現(xiàn)象稱為事端的“擴展”。
2.鋰動力電池安全性“演化”
安全性事端發(fā)作前有兩種情況。一種是電池體系長時間老化帶來的可靠性下降，也稱之為安全性“演化”，如表1中的事端1、2、3、5、7；另一種是突發(fā)事件形成電池體系損壞并引發(fā)電池?zé)崾Э嘏c起火焚燒，也稱之為安全性“突變”，如表1中的事端4和6（Tesla高速碰擊起火事端）。從時間尺度上看，安全性演化的耗時很長，而安全性突變的耗時很短。例如，事端1（普銳斯電池冒煙起火事端）歸于安全性演化，因裝配問題形成的接頭松動之前，電池經(jīng)受了長時間的車載振蕩；事端5（波音787電池起火事端）中歸于安全性演化，從設(shè)計缺點到內(nèi)短路觸發(fā)之前，電池需要經(jīng)歷長時間的內(nèi)短路“成長孕育期”及長時間的不合理使用；而事端6歸于安全性突變，動力電池組遭到瞬間碰擊后機械變形，電池不僅遭到擠壓并且發(fā)作方位移動，從而形成短路與熱失控。
比較而言，安全性突變難以預(yù)測，但是能夠經(jīng)過既有事端的形式來改善電池體系的設(shè)計；而安全性演化耗時長，隨同有電池體系的老化，能夠經(jīng)過檢測電池體系的老化程度來評價電池體系安全性的變化。
電池體系任何部件的老化都或許帶來安全事端的觸發(fā)。事端1（普銳斯電池冒煙起火事端）中，錯誤的裝配順序使得電池連接線接頭在長時間車載振蕩條件下發(fā)作松動，繼而導(dǎo)致接頭處電阻增大。而混合動力電動車行駛過程中，電池充放電的電流在松動的接頭處發(fā)作很多的熱量，加熱了部分電池，終究導(dǎo)致電池?zé)崾Э厥露说陌l(fā)作。事端7中，電池管理體系的失效，形成電池組長時間持續(xù)過充電，終究導(dǎo)致熱失控事端的發(fā)作。
除了電池體系其他部件的老化之外，電池本身的安全性演化首要表現(xiàn)為內(nèi)短路的開展。內(nèi)短路被認為是系列事端5的首要原因。內(nèi)短路在終究發(fā)作之前，會經(jīng)歷適當(dāng)長的“成長孕育期”。鋰離子動力電池發(fā)作內(nèi)短路的原因很多，其中電池內(nèi)部的金屬枝晶成長是形成內(nèi)短路的首要原因之一。金屬枝晶成長能夠來自電池正極中的過渡金屬（銅、鐵等）的溶解與再成長，也能夠來自鋰金屬的析出與成長。電池設(shè)計與出產(chǎn)過程中的缺點會有利于金屬枝晶的成長，比方電池在制造過程中混入的雜質(zhì)，或許電池極片因為裝配應(yīng)力效果發(fā)作的褶皺，金屬枝晶在雜質(zhì)和褶皺附近更容易成長。鋰金屬的析出與成長還與充電倍率，充電溫度相關(guān)。大倍率充電或低溫充電都或許增加鋰金屬析出的或許。
金屬枝晶的長時間成長或許會擠入隔閡的孔隙，并終究刺穿隔閡，形成內(nèi)短路甚至熱失控事端。需要注意的是，鋰枝晶成長刺穿隔閡導(dǎo)致熱失控之前，老化電池的安全性相對新鮮電池而言已經(jīng)發(fā)作了變化：一方面，因為能量密度的下降，電池?zé)崾Э匦纬傻膿p害或許會下降；但另一方面，因為內(nèi)部金屬枝晶的存在，老化后的電池或許更容易發(fā)作熱失控。
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