阐述锂离子动力电池作为车用电源体系的安全性问题及其有用的解决方案

动力电池安全性是新能源轿车大规模推广应用过程中，各方最重视的焦点问题之一。这里阐述锂离子动力电池作为车用电源体系的安全性问题及其有用的解决方案。动力电池体系安全性问题首要分为3个层次，即“演化”、“触发”和“扩展”。“演化”是指动力电池安全性事端发作之前，故障或许经历了长时间的演化过程；“触发”是“演化”过程的转折点，也能够是突发情况破坏了动力电池体系，并导致安全性事端。在动力电池安全性事端“触发”问题上，最为核心的问题是锂离子动力电池的热失控。热失控“触发”发作后，应避免热失控“扩展”的发作。

以下我们首先从近年的一些锂电池安全故事切入，引出“演化”、‘“触发”和“扩展“的概念。之后，迁就这3个层次一一打开阐明。

1.锂动力电池安全事端回顾

能够看出，锂离子动力电池事端首要表现为因热失控带来的起火焚烧。起火焚烧是令人担忧的安全性问题，但事实上，现在发作的事端所形成的损害有限，除电池组焚烧、损坏车辆本体、引燃周围车辆之外，发作人员伤亡的情况较为罕见。大部分事端中，人员能够及时得到危险警示并安全撤离事端现场。事端4（比亚迪出租车磕碰起火事端）中的人员伤亡首要是因为高速磕碰形成车内乘员昏厥而无法逃生，事端5（波音787电池起火事端）中的人员受伤是因为飞机紧迫降落后的疏散过程中发作的摔伤。

1）电池体系安全性的“演化”。安全性事端发作前，有两种情况。一种是电池体系长时间老化带来的可靠性下降，也称之为安全性“演化”，比方表1中的事端1、2、3、5、7；另一种是突发事件形成电池体系损坏并引发电池热失控与起火焚烧，也称之为安全性“突变”，比方表1中的事端4和6。安全性的“演化”与“突变”统称为“演化”。

过针刺 低温防爆18650 2200mah

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%

点击详情

2）电池体系安全性事端的“触发”。电池体系长时间老化与突发事件形成的电池体系损坏，或许会进一步“演化”为锂离子动力电池的热失控与起火焚烧。锂离子动力电池从正常工作到发作热失控与起火焚烧的转折点称为“触发”。

3）电池体系安全性事端的“扩展”。单体电池或电池组内部分电池发作热失控“触发”之后，热失控与焚烧短时间内放出很多的热量。这些热量向周围电池与电池体系附件传递，会带来相应的次生损害，如周围电池顺次发作热失控与焚烧，或火焰传达点燃车内线束与内饰等。这类热失控与起火向周围传达的现象称为事端的“扩展”。

2.锂动力电池安全性“演化”

安全性事端发作前有两种情况。一种是电池体系长时间老化带来的可靠性下降，也称之为安全性“演化”，如表1中的事端1、2、3、5、7；另一种是突发事件形成电池体系损坏并引发电池热失控与起火焚烧，也称之为安全性“突变”，如表1中的事端4和6（Tesla高速碰击起火事端）。从时间尺度上看，安全性演化的耗时很长，而安全性突变的耗时很短。例如，事端1（普锐斯电池冒烟起火事端）归于安全性演化，因装配问题形成的接头松动之前，电池经受了长时间的车载振荡；事端5（波音787电池起火事端）中归于安全性演化，从设计缺点到内短路触发之前，电池需要经历长时间的内短路“成长孕育期”及长时间的不合理使用；而事端6归于安全性突变，动力电池组遭到瞬间碰击后机械变形，电池不仅遭到挤压并且发作方位移动，从而形成短路与热失控。

比较而言，安全性突变难以预测，但是能够经过既有事端的形式来改善电池体系的设计；而安全性演化耗时长，随同有电池体系的老化，能够经过检测电池体系的老化程度来评价电池体系安全性的变化。

无人船智能锂电池

IP67防水，充放电分口 安全可靠

标称电压：28.8V
标称容量：34.3Ah
电池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
应用领域：勘探测绘、无人设备

点击详情

电池体系任何部件的老化都或许带来安全事端的触发。事端1（普锐斯电池冒烟起火事端）中，错误的装配顺序使得电池连接线接头在长时间车载振荡条件下发作松动，继而导致接头处电阻增大。而混合动力电动车行驶过程中，电池充放电的电流在松动的接头处发作很多的热量，加热了部分电池，终究导致电池热失控事端的发作。事端7中，电池管理体系的失效，形成电池组长时间持续过充电，终究导致热失控事端的发作。

除了电池体系其他部件的老化之外，电池本身的安全性演化首要表现为内短路的开展。内短路被认为是系列事端5的首要原因。内短路在终究发作之前，会经历适当长的“成长孕育期”。锂离子动力电池发作内短路的原因很多，其中电池内部的金属枝晶成长是形成内短路的首要原因之一。金属枝晶成长能够来自电池正极中的过渡金属（铜、铁等）的溶解与再成长，也能够来自锂金属的析出与成长。电池设计与出产过程中的缺点会有利于金属枝晶的成长，比方电池在制造过程中混入的杂质，或许电池极片因为装配应力效果发作的褶皱，金属枝晶在杂质和褶皱附近更容易成长。锂金属的析出与成长还与充电倍率，充电温度相关。大倍率充电或低温充电都或许增加锂金属析出的或许。

金属枝晶的长时间成长或许会挤入隔阂的孔隙，并终究刺穿隔阂，形成内短路甚至热失控事端。需要注意的是，锂枝晶成长刺穿隔阂导致热失控之前，老化电池的安全性相对新鲜电池而言已经发作了变化：一方面，因为能量密度的下降，电池热失控形成的损害或许会下降；但另一方面，因为内部金属枝晶的存在，老化后的电池或许更容易发作热失控。