熱失控?cái)U(kuò)散的防御措施有哪些

在目前的熱失控?cái)U(kuò)散的防御措施里面，核心的還是談性價(jià)比，模組和 Pack 層面，前者花的成本更多一些，需要很多的措施來在第一個(gè)電芯出現(xiàn)熱失控之后就地阻止第二個(gè)電芯熱失控，在最近幾個(gè)月 BMW 有關(guān)電池模組安全專利里面有一些想法，我覺得我們可以看一看。

01

模組層面措施的有效范圍

從模型角度來看

在之前的 DR SEBASTIAN SCHARNER《QUANTITATIVE SAFETY CHARACTERIZATION OF LI-ION CELLS》里面我們可以把一部分的事情確認(rèn)好。

我們的控制對(duì)象是一個(gè)滿電 100%SOC 下的電芯，在一定的環(huán)境溫度下在熱失控條件下蘊(yùn)含的熱量，一部分化為煙氣，一部分留在本體。

熱量

所以我們?cè)谶@個(gè)里面，一個(gè)核心的事情，就是先把煙氣攜帶的那部分熱量盡可能離受傷害的區(qū)域遠(yuǎn)一些，在這個(gè)設(shè)計(jì)中首要的事情就是讓這個(gè)氣體能出來，但是盡快有地方擴(kuò)散。

在以下的示例中，在第四個(gè)電池單體 4 中發(fā)生內(nèi)部短路，由此電池單體熱失控開始，單體壓力升高，殼體達(dá)到一定內(nèi)壓起， 泄壓閥打開高壓的氣體達(dá)到上方的屏蔽隔離板上面，打開設(shè)計(jì)的位置往左右進(jìn)行擴(kuò)散，高溫的氣體的熱量通過屏蔽隔離板進(jìn)行分離，使得這部分熱量與臨近的電芯形成耦合

備注：這個(gè)屏蔽隔離層最主要的作用是熱隔離，可能由云母板構(gòu)成，這個(gè)通口的位置可以根據(jù)壓力打開方式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

而另一個(gè)很重要的事情就是附近電芯的隔離，這里從熱的角度來看，是在單個(gè)電芯持續(xù)發(fā)熱和慢慢釋放熱量的過程中，另一個(gè)電芯從正面和極耳的溫度能夠堅(jiān)持在被引燃的臨界點(diǎn)之內(nèi)。

這個(gè)設(shè)計(jì)在我們的考慮來看，在模組內(nèi)電芯間隔方面就需要考慮在這個(gè)泄壓過程中，電芯的結(jié)構(gòu)往兩邊會(huì)有一個(gè)很大的壓力。

所以極端的設(shè)計(jì)條件下，專利甚至使用一個(gè)金屬的應(yīng)急容納冷媒的冷卻片用來主動(dòng)在這種意外條件下對(duì)電芯進(jìn)行速凍

根據(jù)電芯的不同，我們目前能做的事情如下圖所示，在最壞條件下把溫度在一定時(shí)間抑制在 10-15 分鐘，在比較好的條件下能讓這個(gè)過程不連續(xù)下去，本身這個(gè)事情就有邊界。

02

影響的因子

能量密度

所有的這一切都圍繞著電池在不同狀態(tài)下的釋放情況，所以能量密度和電芯的化學(xué)體系決定著我們的困難有多大，能量密度越高，電芯的設(shè)計(jì)決定著電芯噴出去多少，什么溫度要觸發(fā)下一個(gè)電芯。

在原有的電芯尺寸下面，更高的能量密度意味著電芯本體的表面溫度越來越高，也意味著我們對(duì)材料的隔熱系數(shù)和堅(jiān)持的時(shí)間都要提高。本身我們對(duì)于材料的厚度、重量和成本又有限制。

如果我們要期望電芯在一個(gè)熱失控開始，到這個(gè)受損電芯結(jié)束，對(duì)于這個(gè)電芯所處在的狀態(tài)都有限制，如果它的能量密度越高，我們可能把它限定在一定的容量，一定的 SOC 和需要更多厚度的隔熱板，甚至應(yīng)急的冷媒管去冷卻它。

小結(jié)：短期內(nèi)我們能比的是時(shí)間，可能往前看比的是在同樣的電芯下面對(duì)于這個(gè)破壞性精確的把握和隔離。
責(zé)任編輯：wv