钜大LARGE | 点击量：737次 | 2021年04月13日
探讨电动汽车锂离子电池热失控原理与预防技术
火是人类文明的起源，但电池起火了，可就一点都不好玩了。之前特斯拉ModelS的锂离子电池着火事件把人们的注意力一下子就拉到了电动汽车以及插电式混动汽车最精贵也最薄弱的地方电池组，难道就没什么法子能够做好防火措施吗？
根据IEEESpectrum的信息得知，目前有一家重要的汽车制造商正在测试一项新技术，该技术可监控电池组的运行状态，提前发现诱火缺陷，并随时预警。
IEEESpectrum去年一篇题为CanSignalProcessingStopBatteryFires的报道详细记录了该技术早期研发的具体信息。现在，其开发者声称该系统已经吸引了众多车企的注意，他们目前已经和一家未透露姓名的汽车行业合伙人联合开发这项电池监控技术，并计划在未来五年内上市推出。
特斯拉电动汽车锂离子电池热失控原理与预防技术
烧焦的电池
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
虽然从统计数据上来看，电动汽车起火没有传统汽油动力车起火那么普遍，不过一旦烧起来，也会造成非常大的人身伤害。因此，即便是造成电池起火的部分原因是由于锂离子电池电解质溶液的化学成分不稳定，但不管是菲斯克Karma还是特斯拉ModelS都已经被着火丑闻惹得一身骚。
所以未来电动汽车/插电式混动汽车要想成为目前汽油动力车可靠的、主流的替代品，首先得打消掉用户发怵的心理。
在对手机、笔记本电脑和其他消费类电子产品的锂离子电池起火事故进行调查总结之后，位于列克星敦的TIAX公司自主研发了一套能够在汽车电脑上运行的电池监控技术。
TIAX表示，该技术能够在电池对乘车人造成威胁前的数十个小时辨别出这种少见的易引发热失控火灾的危险电池，而这种火灾通常由电池内部短路造成。
TIAX副总裁BrianBarnett表示：
这种易引发热失控火灾的电池非常罕见，很难辨别，但要找出来并非完全不可能。不过这个问题最具有挑战性的地方是，这类故障电池几乎不太可能在出厂前被质检工人‘抓出来’。它们只有在实际使用时才能被察觉，因为其内部短路是在日常驾驶中缓慢出现的。
TIAX对实际发生的安全事故进行事后总结时发现，在电池组重复充放电的循环过程中，本来很微小的金属锌离子在不断的电镀过程中体积陡然膨胀。这些聚集的金属凸起会附着在电池分离器中间的小孔上，日积月累，最终造成了电池阴阳极的短路。在厂里，这种注定恼人的电池里可能仅仅包含有直径数十微米、但无法通过仪器检测出的金属颗粒。而在电池的使用过程中，这种粒子体积越来越大，并最终导致电池短路。但假如能够对电池电压、阻抗和电流的进行仔细监控的话，其实是可以提前打好预防针的。
TIAX的团队已经通过对被有意植入微观金属杂质而出现的故障电池进行了计算机模拟和实验室检测，证实了这种粒子的危害性。
特斯拉电动汽车锂离子电池热失控原理与预防技术
锂离子电池热失控现象原理图
我们这里用具体实例来说明。假设某种型号为18650的锂离子电池阻抗约50毫欧，而随着不断的使用，假如该锂离子电池的阻抗上升至近千欧，使用TIAX的技术就可以检测出该电池出现了典型的短路。
假如早期发生了短路现象，那么一个阻抗为100欧的电池电流值要比一个天天使用的电池电流值小三个数量级还多，这也是使用传统方式难以探测电池起火发生之前征兆的原因。
但Barnett同时也指出，即使难如大海捞针，利用智能信号处理方式和其他相关技术，这个问题还是能够解决的。目前在TIAX的实验室，可监测电池指标的数值已经比能够引起热失控的临界值低了好几个数量级。
而这项自动检测电池短路的技术目前已经将那些循环充放电多次(使用时间在100小时以上)，可能引起热失控的坏电池在着火之前揪了出来。
不过，最后TIAX的电池实时监测技术如何在车上运用，那还得主机厂说了算。而随着电动汽车电池短路的严重性日见端倪，可能未来安置在汽车仪表板的系统会主动提示司机该去修理厂维护电池了；亦或者假如这样的提醒长时间无人理会，车载的智能语音系统会告知司机路边停车，关闭引擎，等待道路救援。到底会怎么样？到底能怎么样？我们拭目以待。
