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【干货】动力锂电池系统安全性问题之扩展【亚博APp买球首选】

作者:亚博APp买球首选 时间:2021-04-19 12:11
本文摘要:在前两文中,我们对锂动力电池近些年的安全事故展开了总结与分析,并对安全性问题的“演进”和“启动时”层次展开了分析,这里我们之后与大家分析安全事故最后一个层次”拓展“的机理。4.锂动力电池安全事故拓展热失控启动时后,局部单体热失控后获释的热量向周围传播,将有可能冷却周围电池并导致周围电池的热失控,也称作热失控在电池组内的“拓展”。

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在前两文中,我们对锂动力电池近些年的安全事故展开了总结与分析,并对安全性问题的“演进”和“启动时”层次展开了分析,这里我们之后与大家分析安全事故最后一个层次”拓展“的机理。4.锂动力电池安全事故拓展热失控启动时后,局部单体热失控后获释的热量向周围传播,将有可能冷却周围电池并导致周围电池的热失控,也称作热失控在电池组内的“拓展”。单体电池热失控所获释的能量是受限的,但是如果再次发生链式反应导致热失控的拓展,整个电池组的图6事故启动时的分类能量通过热失控释放出,将不会导致很大的危害。

图4、图5右图的25A·h三元锂离子电池(具备大约0.1kW·h的电能)热失控时释放出来的能量大约为630kJ,相等于0.15kgTNT当量。对于一个具备60kW·h的纯电动车的动力电池系统而言,如果所有单体由于热失控拓展而释放出来全部能量,将不会相等于释放出来90kgTNT当量的能量。也就是说,热失控拓展一旦再次发生,导致的危害将不会相当大。因此,人们必须防止热失控拓展的再次发生,把热失控局限于部分单体。

热失控拓展的机理从能量守恒的角度而言,当热失控单体的周围电池受到的热失控拓展导致的冷却功率小于其本身的风扇功率时,受到冷却的周围电池的温度就不会增高,继而再次发生热失控启动时。如图7(a)右图的方形电池模块内,热失控拓展过程中的热量传送有3条有可能的主要路径:1)邻接电池壳体之间的导电;2)通过电池极柱的导电;3)单体电池发生爆炸对周围电池的炙烤。壳体导电与极柱导电的两条路径主要起到于邻接电池之间,更容易分析与掌控。

对于方形电池而言,在壳体与壳体之间认识较好的情况下,通过壳体的导电要远大于极柱的导电。而对于圆柱形电池模块而言,如图7(b)右图,单体与单体之间的热传导还有可能必须考虑到热辐射的影响。而发生爆炸炙烤既可以起到于邻接电池,也可以起到于周围的电池系统附件,评估其对于电池系统导致的危害不会更为简单与艰难。有研究指出,电池起火燃烧释放出的热量要低于不发生爆炸时全然热失控释放出的热量。

再次发生发生爆炸后,火焰一般吸附在热失控电池阀体周围。同时,由于火焰的外焰温度最低,因此阀体打开方向上的电池及附件受到的冷却尤为轻微。另外,从设计看作,电池系统本身具备一定的密闭性,热失控产生的高温气体马上蔓延,也可能会冷却周围的电池。

防止热失控拓展与电池系统设计的对立根据热失控拓展的机理,可以有针对性地设计防止热失控拓展的方案。首先,必须避免火焰的再次发生。

可以通过阀体喷气方向的设计,来引领火焰的分解方向;也可以重新加入灭火剂来展开消防车。当然,动力电池系统通过了安全性测试标准,火焰再次发生的概率早已获得减少;同时,动力电池系统密封性较好使电池系统内部氧气含量严重不足,也有利于火焰的分解与发展。

其次,要考虑到高温气体蔓延对电池系统其他部件的影响。部分电池早已具备需要及时排泄高温气体的系统。

同时,要必要隔绝电池之间的热传导路径,如在单体电池之间设置隔热层。必须留意的是,在热管理中,电池壳体间有可能腾出有空气空隙以供风冷,并将邻接电池分隔。但是在热失控拓展过程中,热失控电池收缩,空气空隙将因为电池的收缩而消失。此时,电池与电池之间的热传导依然是较慢导电,用全然腾出空气空隙的方法防止热失控拓展是权宜之计的。

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另外,可以通过在单体热失控启动时之后,强化电池系统内部的风扇;将故障电池周围的电池展开静电;在电池之间填满热力学材料吸取热量等方法来诱导热失控的拓展。然而,防止热失控拓展的设计与电池系统的其他功能设计不存在一定的对立。

隔绝热传导路径的方法有可能导致电池组内部温度不均匀分布程度的激化,这与电池组热管理设计中,温度一致性的设计目标互为对立。另外,减少消防车、排气、防水等措施,皆不会减少电池系统比能量,减少电池系统的设计成本。如何合理地配备安全性措施,以防止热失控拓展的再次发生,同时考虑到电池系统性能指标和设计成本,是电池系统安全性设计的最重要议题之一。动力电池系统安全性问题主要分成3个层次,即“演进”、“启动时”与“拓展”。

动力电池安全性事故再次发生之前,不应通过系统算法对安全事故展开预警。热失控启动时再次发生后,不应避免热失控拓展的再次发生。热失控拓展过程机理的更进一步了解有助优化设计方案,减少安全性事故导致的伤害。

更进一步深入研究安全性问题各个层次的机理及其演进过程,明确提出有效地的事故防范措施和安全性监控措施,是下一步研究的工作重点。


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