在动力电池安全性规范方面,现在模块、体系对热失控的防热诱因测验方面,以及单体、模组和体系的生命周期安全性测验规范缺失,亟待研讨与拟定。现行国家安全规范首要针对源自电池外部要素的安全风险,尚无检测电池内部热失控的项目。
动力电池热失控与扩展剖析
所谓热失控(thermalrunaway)是指单体电池放热连锁反响引起电池自温升速率急剧改变,不可逆,引起过热、起火、爆破现象。
热失控扩展(thermalrunawaypropagation)是指电池包,或许电池体系内容的单体电池或许电池模组单元热失控,并触发电池体系中相邻或其他部位的动力电池的热失控的现象。
图1为清华大学得到的某款常见资料的锂离子动力电池热失控的机理,能够看到热失控发生时,各种资料相继发生热化学反响,放出很多的热量,构成链式反响效应,使得电池体系内部温度不可逆快速升高。链式反响进程中,电解液气化及副反响产气形成电池体系内压力升高,电池喷阀决裂后,可燃气体被点着发生焚烧反响。单体电池的热失控特性表现为其组成资料反响热特性的叠加。
图1锂离子动力电池单体热失控链式反响机理
(1)热失控诱因
热失控首要诱因包含:机械诱因、电诱因和热诱因,如图7所示。以上诱因可独自或许结合引发热失控。
机械诱因引发的热失控及扩展引起火灾的典型事例包含全球销量抢先的美国通用公司的VOLT插电式混合动力轿车在磕碰后发生着火的研讨结果。以及全球最受欢迎的纯电动轿车特斯拉ModelS运转进程中因为底盘被路上杰出物刺穿,引发着火。
电诱因引发的电动汽车着火的事例中典型代表是我国某品牌公交车在充电站因为过充电引发着火事情(如图2所示),以及特斯拉ModelS在冬天低温充电发生着火的事端等,如图3所示。
图2电动公交车过充引发着火
图3低温充电引发着火
热触发热失控引起电动汽车起火的典型比方是一辆丰田普锐斯插电式混合动力轿车在运转中起火,其原因是一个衔接部件的松动使得体系发生高温,然后引发电池包的热失控与扩展。
电动汽车高压体系在水浸泡可触发热失控,然后引起电动汽车着火,典型事例是南京纯电动公交车在大雨往后的积水里浸泡后一段时刻后着火,如图4所示。
图4纯电动客车在水中浸泡一段时刻后着火
以上热失控诱因是直接可观的,除此之外,关于运用中的电动汽车有一个生命周期安全性问题,比方运用一段时刻的电动汽车在无任何触发事情状况下会发生由电池部件的热失控引发的自燃,如图5所示公交车在场站静置停靠时自燃,而且点着了邻近停靠的公交车,形成较大丢失。
图5停靠在站内的电动公交车电池包自燃(生命周期安全问题)
(2)热失控机理
在外部诱因效果下,经过演化进程,电池事端将会进入“触发”阶段。一般地,进入触发阶段之后,锂离子动力电池内部的能量将会在瞬间会集开释,此进程不可逆且不可控,即热失控。热失控后的电池发生剧烈升温,在高温下能够观察到冒烟、起火与爆破等风险现象。
当然,从广义的“安全性”的界说来看,电池安全事端中,也或许不发生热失控。比方电池发生磕碰事端后并纷歧定发生热失控;而电池组绝缘失效形成人员高电压触电,电池漏液发生异味形成车载人员身体不适等状况下,电池也不会发生热失控。在动力电池体系的安全规划傍边,以上状况都需求考虑。
而热失控则是安全性事端最常见的事端原因,也是锂离子动力电池安全性事端特有的特色。很多试验现象标明,热失控后的电池纷歧定会同时发生冒烟、起火与爆破,也或许都不发生,这取决于电池资料发生热失控的机理。
图6与图17展现了某款具有三元正极/PE基质的陶瓷隔阂/石墨负极的锂离子动力电池的热失控机理。
图6为该款锂离子动力电池绝热热失控试验中的温度与电压曲线,依据其热失控温度改变的特征,将热失控进程分为了7个阶段。在不同阶段,电池资料发生不同的改变。
图7经过一系列的图片解说了各个阶段电池资料的改变状况
关于冒烟的状况而言,在阶段V,假如电池内部温度低于正极集流体铝箔的熔化温度660℃,电池正极涂层就不会跟着反响发生的气体喷出,此刻观察到的会是白烟;而假如电池内部温度高于660℃,正极集流体铝箔熔化,电池正极涂层跟着反响发生的气体很多喷出,此刻观察到的会是黑烟。
关于起火的状况而言,热失控事端中的起火一般是因为电解液及其分化产品被点着形成的。所以,从阶段II开端,从安全阀走漏出来的电解液就有或许被点着而起火。
从焚烧反响的三要素(可燃物,氧气,点着物)来看,可燃物便是电解液;氧气在电池内部存在缺乏,因而电解液需求走漏出来才会发生起火;点着物或许来自于电池外短路发生的电弧,也或许来自热失控时,高速喷出的气体与安全阀体冲突所发生的火星。
关于爆破的状况而言,爆破一般表现为高压气体瞬间分散形成的冲击。电池内部具有高压气体积累的条件,而安全阀则是及时开释高压积累气体的要害。安全阀体如能在电池壳体决裂之前敞开,并开释足够多的在热失控进程中发生的高压气体,电池就不会发生爆破;安全阀体如不能及时敞开,就或许会发生爆破事端。
动力电池安全性技能规范需求
安全性测验规范关于提高动力电池的安全性水平尤为重要。根据上述动力电池安全性问题的整理,对相应的安全性技能测验规范提出了火急的需求。现在国内选用的动力电池安全性测验的规范首要包含和。
GB/T31485-2015首要查核动力电池单体和模组的安全目标,环绕化学能的防护,给出了一系列乱用状况以及极点状况下的安全要求和查验规范。GB/T31467侧重于电池包或电池体系级的查验规范。GB/T31467.3-2015首要针对安全要求和测验办法做了清晰的规则。结合GB/T31485-2015,构成了从电池单体、模组、到动力电池包和动力电池体系的完好的化学能防护规范。现在,总体上动力电池相关测验规范较国外严厉。
表3GB/T31485-2015规范测验内容
表4GB/T31467.3测验内容
表5现在动力电池安全性规范与需求
经过上述剖析能够看出,在动力电池安全性规范方面,现在模块、体系对热失控的防热诱因测验方面,以及单体、模组和体系的生命周期安全性测验规范缺失,亟待研讨与拟定。