如何更好解决动力电池的热失控

围绕动力电池热失控问题(高温热失控为主)，讨论影响电池安全性的各种因素，以及如何进一步提升锂离子电池安全性的技术手段与技术措施。清华大学欧阳明高教授在会上分析了动力电池热失控的三种诱因，并对此提出了一些解决方案及建议。

热诱因

通俗来讲，所谓的热诱因就是外部高温环境，包括外部起火、电池散热不良等。在外部高温下，由于锂离子电池结构的特性，SEI膜、电解液等会发生分解反应，电解液的分解物还会与正极、负极发生反应，电芯隔膜将融化分解，多种反应导致大量热量的产生。隔膜融化导致内部短路，电能量的释放又增大了热量的生产。这种累积的互相增强的破坏作用，其后果是导致电芯防爆膜破裂，电解液喷出，发生燃烧起火。

试验数据显示，当电池单体温度达到135℃时，隔膜开始融化，电压下降;150℃电池电压快速下降;等温度高达245℃时，隔膜完全崩溃，电池就会出现起火爆炸的现象。

对此，厂商可以从电池设计和BMS电池管理系统两个方面来解决。从电池设计角度，可以开发来防止热失控的材料，阻断热失控的反应;从电池管理角度，可以预测不同的温度范围，来定义不同的安全等级，从而进行分级报警。

现在市面上的电动汽车的动力电池都包含热管理系统，采用风冷或者水冷方案为电池散热。对于用户，要从使用习惯开始消除热诱因，比如避免阳光直射车辆、车内不要放置易燃物等，同时常备车载灭火器，消除自燃因素。此外，时刻关注仪表板或中控屏上的电池温度信息，一般来说电池单体的工作温度在40℃～50℃之间，高于或低于这个温度范围都是不利于电池使用的。

电化学诱因

电池制造杂质、金属颗粒、充放电膨胀的收缩、析锂等都有可能造成内短路。这种内短路是缓慢发生的，时间非常长，而且不知道它什么时候会出现热失控。若进行试验，无法重复验证。目前全世界专家还没有找到能够重复由杂质引起的内短路的过程，都在研究当中。

要解决这个问题，首先提高制造工艺减少电池制造中的杂质。这就要选择产品品质好的电池厂商，其次对内短路进行安全预测，在没有发生热失控之前，要找到有内短路的单体。这意味着必须要找到单体的特征参数，可以先从一致性着手。电池是不一致的，内阻也是不一致的，只要找到中间有变异的单体，就可以将其辨别出来。具体而言，正常的一个电池的等效电路和发生了微短路的等效电路，方程的形式实际上是一样的，只不过正常单体、微短路的单体的参数发生了变化。可以针对这些参数来进行研究，看其在内短路变化中的一些特征。

满电状态的电池负极上嵌入大量锂离子，过充后，负极片上产生析锂现象，出现针状的锂金属结晶，刺穿隔膜发生短路。在BMS电池管理系统中，都会有过充保护策略，当系统检测到电池电压达到阈值时，就会关断充电回路，对电池进行保护。虽然在出厂前，厂家针对BMS都会进行一些列电性能测试，但是为了预防万一，还是不建议广大用户长时间给电动汽车充电，并且选择正规的充电设备，消除过充隐患。

机械电气诱因

碰撞是典型的机械触发热失控的一种方式，也就是汽车碰撞事故而引发电池受损。电池受损时也会产生内短路而引发热失控，但是这种短路与电化学诱因引发的短路不同，机械受损一般是瞬间发生的，对应实际生活中的突发事故，强烈的撞击、翻车、挤压都可以导致电池在很短的时间内发生机械损坏。

解决碰撞(机械)触发热失控的办法就是做好电池的结构安全性保护设计。为此，欧阳明高教授给出了四种设计路线：

1组装结构设计：塑料框架支撑+钢带预紧的组装结构以及高强度骨架;

2可靠性设计：利用电池包隔振连接器减少震动磨损;弹性浮动板保证连接可靠性;IP67方式防尘设计;

3防碰撞轻量化设计：防碰撞CAE结构优化;满足强度要求的电池模组轻量化，方壳系统质量成组效率>90%;

4电池包定位锁紧技术：利用限位自锁及单项锁紧机构对电池包进行精确定位、锁紧。

与会专家认为，电动汽车电池应符合性能与安全相关要求，安全性测试验证要满足热测试(高温危险、热稳定、无热管理循环、热冲击循环、被动传播电阻)，电性测试(短路、过充电和过放电)和机械性测试(冲击、掉落、穿刺、翻滚、浸入、压碎)的安全要求。但是，这并不意味着动力电池企业可以高枕无忧。安全无止境，提高电动汽车安全性，还需要国家、科研机构、动力电池整个产业链条等多方的共同努力。

在燃油汽车发展的一百多年历史中，也曾不断出现事故，遇到挫折是任何事情发展的规律。因此，对于各类事故，电动汽车各产业链不应止步不前，而应审视并完善自身存在的各种问题与不足。同时也应意识到消费者对安全的要求是无止境的，要让安全成为满足一切功能的首要条件。