抑制电池包热失控的方式有哪些

本次峰会以“供需协同与技术升级”为主题，围绕“技术开发与性能优化”、“整车配套与选型需求”、“动力电池回收与梯次利用”三大领域开展为期两天的深入探讨。

此次峰会上，宁德时代吴兴远做了题为“基于动力电池热失控与热扩散安全性工程化的解决思路与探讨”的主题演讲。

以下为演讲实录：

2016年在动力电池发生一些起火事件，从1月到11月份发生29起，有乘用车也有客车。总的数量有29起40辆车，原因有自燃，还有一些原因没分析出来，随着销量的增加，起火数逐渐增加，基本上呈一个正相关的关系。

在电池安全方面，刚才大家可能在法规上做了很多介绍，比方说GB/T31485，还有GB/T31467对电池系统的回放，2017年3月份提出来征求意见稿，可能对原先一些测试的东西做了一些修改，可以看到，这几年电动汽车安全法规比较关注的。

另外就是未来的一个市场，未来的市场需要什么样的电池，低成本、轻量化、长续航、可充电、高功率，对每一相对安全性都有成本，要求我们的电池包安全性必须增强，所以说这对我们电池的安全性带来非常高的挑战。

可以看到，产销量持续增长，所以三方面，一个是市场，就是2016年表现前几天的市场表现，以及政策法规，都要求我们把电池的安全做好。电池一个热失控一个模式介绍，电池几种情况可以发生热失控，比如说电池过热，还有电热的设计不合理，或者短路导致电池温升，还有过充，有可能功能失效，或者其他保护的失效，还有电池内短路，还有低温充电的时候，这些也有可能引发电池的热失控，还有一些机械触发。电池热失控有这么一幅图，这个时候放热速率不是很明显，温度过了这个点以后，大概在250多度左右，如果过了这个温度，它的反应会集聚增快，电解质，然后是大线路内短路。

抑制电池包热失控的方式有哪些？我这里介绍一下电池包热失控的一个过程，大概有这么五环节，第一BMS失效，导致电池过充，或者电芯外部碰撞，这种滥用情况出现，会导致电芯热失控。我们希望通过一些设计，防止电芯过热扩散给隔壁的电芯，我们可以优化电芯设计，可以放一些隔热材料，或者放一些PCM材料，改善一个热传播的情况，这样电芯的一个热量的传播，如果做到这一点，电芯也是安全的。电芯热失控防止电池包的爆炸和起火，把电池包产生的气体排到车外，避免造成人员的伤亡。

可以优化电池包的尺寸，增加排气通道增加这些措施。如果以上措施都失效了电池包最终还是起火爆炸了，这个时候我们就评估危害，比方说我们评估一下给乘客的逃生时间有多长，看逃生时间是不是满足要求。

前面提到了好多抑制的方法，好像一听上去这么做就安全了，其实不是这么简单。比方说我们要是增加电池的保护的东西，要选合适了，包括隔热材料一样，如果选薄了，可能起不到保护的作用，如果选厚了，可能会增加能量密度，成本也增加，所以怎么样去做好这些各个产品特性的平衡？这个是非常关键的。

我们公司在这方面主要做法以仿真为主，在产品的验证阶段以测试为主。我讲一下单电芯针刺的模型，这是一个电芯的示意图，这是一个针刺的模型，当这个针刺到这个电池里面以后会引起铜箔跟铝箔直接短路，这时候，电化学反应，有固态的扩散，锂离子的迁移。

这是一个仿真的结构，这是温度的原图，当这个外部的针刺到这个里面之后，电芯已经达到600度以上，已经达到热失控了，我们做一个电化学的材料优化跟选型，去抑制它的热失控，优化材料体系之后会做一个测试验证。再一个主要考虑电芯与电芯之间的隔热的设计，包括电芯与外界的一些辐射放热、对流放热等等，这里是一个仿真结果，我们的目的是防止这个热失控传播到第二个电芯，是保证第二个电芯不会受影响，让两个电芯之间的热量合理的隔开。

这是一个模组级别热失控扩散测试，热失控之后有两个电芯就发生了热失控，那么其他的十几个电芯有隔热的处理，其他的电芯没有发生热失控，这是模组的电压和温度的信息，我们会在模组的电芯的正负级，要看温度的一个情况，在这个案子里面，隔热的设计还是有效的。

如果模组设计成功了，电池包做一个优化，电池包级别有那么几个情况，压力过渡直接把电池包散开，或者局部的破裂，第二个温度过高，第一个过程就是当电芯爆开一瞬间有一个很强的冲击力，这个仿真结构可以到0.25兆帕的，电池包的压力累计不会超过我这个结构的一个能够承受的极限。

这是我们一个排气的测试结果，这是针刺实验，可以看到上盖已经鼓起，但是未破裂，到两三秒钟的时候，我们的防爆阀开始排气，实验结束，这个上盖基本上是保持原样。

前面提到很多仿真，这是介绍一下我们目前做的一些仿真，有一个是热箱仿真，就是把电池放在温度比较高的环境里面，看电池的反应情况。

这里我提的比较多的仿真，这里对比一些仿真跟测试的优缺点。因为基本上到大家知道在设备开始的时候，样品没有做出来，没法通过测试得出产品质量，仿真是一个非常好的工具，它在一定程度上指导设计的优化，所以仿真可以比较节省资源，如果完成测试的话，比方说我们一个电池包，如果完全用测试做安全设计的工作，这个成本对这个电池包会非常好。应用这个仿真，我们可以不断去优化设计，然后尽量减少测试数量来降低开发的成本。