钜大LARGE | 点击量：1318次 | 2020年01月16日
从专利看CATL/BYD如何防范电池热失控
随着动力电池能量密度越来越高，安全防控要求也越来来越高。
关于安全防控，主要是电池的热失控。热失控，是电池温度达到一定值后，系统不可控，进而直线上升，起火燃烧。诱发热失控的因素各种各样，有过热、过充、内短路、机械碰撞等。
从单体电池层面看，其内部包括多个极芯单元。一旦电池面临热失控威胁，极芯单元的热量会依次传递。
比如遭受外部火烧时，最接近火焰的极芯单元受热失控后，将依次传递给相邻的极芯，接二连三的引发单体电池整体完全失控。
对电池模组及电池包而言，单体电池发生热失控后，会快速的形成高温及火苗。然后在整个电池系统中蔓延，其破坏力极强，容易引发极大的安全事故。
现有的动力电池及模组设计方案中，单体电池的采样仅单纯对电压、以及部分单体电池的温度信号进行采集和传输，无法有效、准确地向外界提供和传递热失控信号。同时也不能大幅度减缓热失控的传播速度。
涉及热失控方面研究的动力电池公司有CATL（宁德时代）、BYD(比亚迪)、合肥国轩、中航锂电、亿纬锂能、珠海冠宇、微宏动力等。
高工锂电查阅最新专利，发现其中典型代表有宁德时代和比亚迪，分别代表两种解决动力电池热失控思路。
相同点是，宁德时代和比亚迪都意识到单体电池是引发热失控的最大风险，全都是从单体电池出发去解决。
不同点是宁德时代在专利上倾向于用热敏电阻，通过传递热失控信息来预警。比亚迪则安装隔热层，阻碍和减缓热失控速度，降低电池热失控风险，提高电池模组及电池包的安全性。
宁德时代：热敏信号传递
宁德时代发明的一种电池模组及电池包专利，能够提供单体电池的热失控提示信号。
如图1所示，宁德时代发明的专利结构中，热敏组件位于盖板与单体电池之间。同时热敏组件与电池管理系统BMS模块连接。
具体过程是当单体电池发生热失控时，其防爆阀爆喷使热敏组件受热。热敏组件中的热敏导线在受到加热的部分会转变为熔融状态，从而断开或熔融搭接，形成断路或短路的信号。
该短路或者断路信号作为提示信号，能准确有效地向外界传递单体电池发生热失控的信息，使得电池模组在使用中具有热失控预警性能。
另外当单体电池发生热失控时，盖板具有防火和隔热能力，可避免单体电池热失控形成的火苗蔓延至电池模组外，提高电池模组在使用中的安全性。
还有热敏组件与盖板可以模块化集成设计。标准模块化的设计能更大程度的实现生产通用性、装配一致性，以及保证不同设计方案的可操作性。
同时由于标准化，模块化，能减少电池模组产品的设计成本以及加快单一产品的生产效率，可有效降低物料的成本。
图1宁德时代电池组结构
（1-电池模组，13-热敏组件，111-单体电池，1111-防爆阀，12-盖板）
比亚迪：隔热层阻断
比亚迪发明的电池极芯及电池模组专利，提供一种单体电池，能提高电池包整体的热稳定性，降低热失控速度，从而避免电池包热失控。
该项专利的单体电池，是由多个极芯并联，加电池盖板以及外壳等辅助元件构成。
其单一极芯外侧表面堆叠布置有隔热层。隔热层能隔绝热量的进一步传播，增加单体电池对热危害的抵抗性。
这样单个电池发生热失控，由于隔热层阻挡，其热失控就会受到控制。
一方面热量不能直接传递给相邻单体电池，降低电池模组及电池包的热失控风险，提高电池包安全性能。
另一方面单体电池内部极芯的热量不能直接传递给相邻电池极芯，从而降低单体电池内部热失控传播速度。
值得注意的是，该专利中极芯外侧表面的隔热层是依次交替布置，能够确保单体电池的电化学性能和能量密度，不会影响各项性能正常发挥。
图2电池极芯简图（网站不清，未找到清晰图）
参考文献：
[1]宁德时代新能源科技股份有限公司电池模组及电池包[P].CN209822756U2019-12-20
[2]惠州比亚迪实业有限公司电池极芯及其单元、单体电池、电池模组、电池包和车辆[P].CN209843865U2019-12-24
