《電子技術(shù)應(yīng)用》
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為什么動力電池會發(fā)生燃燒或爆炸

2018-01-25
關(guān)鍵詞: 動力電池 電動汽車

  爆炸是動力電池系統(tǒng)較為常見的危害表現(xiàn),造成的影響,也更為嚴(yán)重,不但會造成財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境破壞,甚至?xí)斐扇松韨蛏kU(xiǎn)。

  本文引用地址: http://www.21ic.com/news/auto/201801/751248.htm

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  導(dǎo)致動力電池系統(tǒng)發(fā)生燃燒或爆炸的可能原因有:

  一動力電池(電芯)的放熱副反應(yīng)導(dǎo)致熱失控,引燃電解液和其他可燃物質(zhì);

  動力電池系統(tǒng)的高壓回路中局部連接抗阻抗過大,有大電流流過時(shí)倒至溫度上升達(dá)到著火點(diǎn)溫度,引燃動力電池系統(tǒng)內(nèi)部的可燃物質(zhì);

  動力電池系統(tǒng)外部發(fā)生燃燒,導(dǎo)致動力電池系統(tǒng)內(nèi)部溫度持續(xù)上升,達(dá)到著火點(diǎn)溫度,引燃內(nèi)部的可燃物質(zhì)。

  針對電動汽車的使用的情況分析,第一種情況的發(fā)生概率較高,危險(xiǎn)系數(shù)也較高,電芯的放熱副反應(yīng)導(dǎo)致熱失控是動力電池系統(tǒng)發(fā)生燃燒或爆炸的主要原因。

  鋰離子電池內(nèi)部主要放熱反應(yīng)有:

  ESI膜的分解,溫度范圍是90~120℃;

  負(fù)極與電解液的反應(yīng),溫度達(dá)到120℃以上;

  電解液分解,溫度大概在200℃左右;

  正極與電解液的反應(yīng),伴隨正極分解析出氧氣,溫度范圍在180~500℃;

  負(fù)極與粘結(jié)劑的反應(yīng),大概在240度以上。

  電芯熱失控(燃燒、爆炸)的根本原因是電芯內(nèi)部的放熱副反應(yīng)導(dǎo)致熱量累積,電芯對外熱交換的速率小于熱量積累速率,溫度持續(xù)升高,直接達(dá)到著火點(diǎn)溫度,引起燃燒和爆炸。

  電芯內(nèi)部的熱過程遵循能量守恒:Qp = Qe + Qa

  公式中Qp為電芯內(nèi)部各種負(fù)反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量,Qe為電芯與環(huán)境交換的熱量,也就是散熱,Qa是電信自己吸收的熱量及熱積累。如果Qe≥Qp則Qa為為負(fù)值或零,電芯內(nèi)部溫度不會上升,不會產(chǎn)生熱失控;如果Qe

  從上面的分析可以看出,如果不能阻斷電芯內(nèi)部的放熱副反應(yīng),電信內(nèi)部的溫度就會一直上升,直至發(fā)生熱失控事件,要降低事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn),可采取的措施有:

  采取保護(hù)措施,降低外部突發(fā)因素發(fā)生概率(比如過充、過放、過熱、短路、擠壓、穿刺等);

  阻斷放熱副反應(yīng)的正反饋過程,如在PACK模組在采用邦定保險(xiǎn)絲工藝,或在正負(fù)極材料與集流體之間增加PTC材料;

  降低放熱副反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量,如選擇磷酸鐵鋰正極材料,改變電解液的有機(jī)溶劑成分等;

  提高著火點(diǎn)溫度,如在電解液中添加阻燃材料,選用陶瓷隔膜等;

  提高散熱能力,避免熱積累,如力朗電池采用高效的液冷設(shè)計(jì)方案,也有個別方案將整個電池,浸在冷卻液中。

  以上,所總結(jié)的熱失控機(jī)理與防范措施,在電池全系電池設(shè)計(jì)、制造中都有實(shí)踐,但是針對實(shí)際中不同材料體系會有不同化學(xué)特性,其電芯熱失控機(jī)理存在不同,不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)也會導(dǎo)致系統(tǒng)級的危險(xiǎn)和解決措施各不相同。


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