钜大LARGE | 点击量：511次 | 2022年07月12日
热失控处理：电芯安全行为的量化
从电动汽车的长期发展来看，电芯的能量密度和成本的诉求，会直接推动电芯层面直接安全等级的变化。
【文/汽车电子设计朱玉龙】对经受热失控的电芯的安全行为进行量化描述，重要的目标是在电芯层面建立基于电芯不同参数的安全性评估。这个事情的核心，已经不是仅仅从电芯的安全实验来分析评估电芯过不过实验，或者仅仅依据安全等级来判定电芯安不安全。从电动汽车的长期发展来看，电芯的能量密度和成本的诉求，会直接推动电芯层面直接安全等级的变化。这个变化后面就没法用过不过来描述，要我们根据测试数据库，给不同的电芯来建立一个量化的模型，重要的包括：
1）测量电芯在各种激发条件下的总放热量；
2）电芯热失控的反应时间的确定；
3）电芯释放的气体压力随时间的变化曲线；
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%
3.1）释放气体总量的测定
3.2）气体出现率的测定
备注：我觉得未来三个重要的核心参数，温度、气压和电压变化是我们探知这个过程的核心量化的关键
4）电池的质量损失；
5）几个测量点的精确温度曲线；
6）每种反应产物的性质和数量；
在这里不同的机构，拿着不同的电芯做实验，假如把它作为能量释放的过程：
里面是可以根据电芯的数据得到一些初步的结论：
1）在电芯层面要收集电芯的尺寸，特别是大体积下，较高的电解液量导致的热失控过程中，电解液随着泄压阀喷出之后的物质损失量，假如氧气进入，会使得热量通过空气传播；
这股热流+热气会伴随着很高的温度去切割泄压阀上部的所有隔热材料和上盖，我们算冲击力的过程要算气体、压力、流量和电解液直接往保护设备上喷；
假如我们按照每Ah的情况，可以核算出要解决的热量：
ChemicalenergyperAh:Q=Q1+Q2=21.0kJ
ElectricenergyperAh:3.65Vx1Ah=13.1kJ
2）电芯的表面温度
按照这个实验结论挺吓人的，电芯的表面温度和电芯的能量密度正相关，这个Y轴的数据好吓人。
我们在设计这个隔热材料的时候，重要依据是考虑失控电芯的表面温度和相邻电芯的隔热面的温度，还有电芯的热稳定性（受害电芯基本是由于加热问题被引燃的）。
还有一个问题是在电芯循环老化以后，有关这个过程会更快一些，电芯层面要建立一个数据库才是。《不同循环周期锂离子动力锂电池热失控特性分析》一文里面是有不少的数据的。
经过1C循环实验，电池循环1000周后放电容量降低了17％，同时电池的充放电直流内阻随着循环次数新增而逐渐增大。等效电路得出的拟合数据及热失控曲线表明，电解液和SEI膜出现的阻抗随循环次数新增而增大，循环次数的新增会降低电池自产热温度，即SEI膜的分解温度，电池循环老化过程中使得SEI膜热稳定性变差。
小结：往能量密度更高的路上走，往大容量电芯路上走，单颗电芯出问题之后，我们要在模组设计和整包设计上付出更多的工作。单纯追求能量密度真是给整个产业挖大坑，一波波工程师要往里面填这个大坑。
