Li+学社丨余华强深度解析:电池热失控“短板”突围
发布时间:2022-06-27 17:46:00
关键词:锂电池 Li+学社

  6月25日,由电池中国网主办的第15期“Li+学社”大讲堂在广州成功举办。来自整车、电池、材料、设备、机构等20余家国内威尼斯人棋牌/产业链主流企业技术大咖汇聚一堂,围绕动力电池安全设计、电池行业标准国际化建设、多形态电池安全研究和威尼斯人棋牌/产业链安全协同等业界技术痛点进行了深度交流和探讨。

  探究动力电池的安全保障是业内关注的重要研究方向之一,在电池设计、预警和干预等方面均能起到前瞻性判断支撑作用。在本期“Li+学社”大讲堂上,国家化学与物理电源产品质量监督检验中心技术总监余华强在题为“动力电池安全研究的发展新方向”的专题报告中,深度阐释了预测电池热失控的技术路径和功能应用。

余华强深度解析:电池热失控“短板”突围

图为国家化学与物理电源产品质量监督检验中心技术总监余华强在Li+学社做专题报告

  余华强指出,“随着电动汽车电池比能量越来越高,动力电池安全问题可能出现‘木桶短板’效应,即任意一个安全短板都是制约电池整体安全性能的关键要素。因此,各方面的安全保障需要不断提高。”

  目前,动力电池安全技术指标主要体现在以下三个方面:

  第一,抗过充、抗挤压穿刺等外部应力引发电池热失控的安全设计。此类安全设计指标包括预防性设计、传感器设计等多方面。

  第二,基于电池电芯材料安全性、电芯制造一致性等为电芯本体安全性的安全设计。

  第三,基于电池抗外部热量诱发热失控的安全性设计,此类设计包括传热通道设计,热阻隔设计和主动干预设计等。

  电池热失控仿真技术则是提高动力电池系统内部安全性,应对电池热失控而产生的新型安全保障应用技术。

  在应对外部应力热失控的问题上,余华强表示,虽然不少企业已经从电池箱体、传感器等方面做了预防性设计和监测,并配合主动干预的方案,但预判依据尚显不足,且基于此的干预方案自然有待完善。

  实际上,由于电池包内电芯数量之多,传感器的数据主要采集自电池的大体温度和电压等,与热失控电芯的实际复杂情况相比,在准确度和时效性等方面,均可能存在较大差异。

  为解决此项差异,需要有表征电芯内部热失控的关键指标变化作为依据,支持部分整车厂通过采取液冷等主动干预的方案做降温处置,从而提升干预处置能力的短板。

  在应对电池本体安全问题上,“平常总说磷酸铁锂会好一些,那么究竟好在哪里呢?”余华强抛出的这一问题,引得与会者纷纷翘首聆听。

  他指出,验证不同材料在电池热失控时的变化影响,主要聚焦于材料的安全性和它溢出气体组分的安全性,这个验证过程也可以利用热失控仿真策略进行热失控模拟,获得材料的安全性评估。

  不难看出,不管是外部应力热失控,还是电池本体热失控,如果融入电池热失控仿真技术,或将事半功倍地提升电池安全表现。不仅如此,电池热失控仿真本身还是保障电池内部安全的重要指标和策略

  “电池热失控温度点是BMS设计的核心数据。比如对于NCA材料,添加锰进去变成了NCAM,这一技术革新可能产生几十种新配方,再和电解液做正交分析的话,变量就更大了,那么实验人员如何知道添加锰之后,对电池热失控的边界温度有没有影响呢?”余华强指出,“此时如果完全靠做实验,不仅难度大,而且工作是巨量的。所以需要用热失控仿真先做大规模筛选后,再做实验,然后再用实验来验证支撑热失控仿真的结果。

  余华强进一步表示,电池热失控仿真应用大有可为。一是检验原材料适用性,如上面提到的加锰后的热失控仿真,可以事半功倍地提高验证效率和规模,还可以和实验结果相互验证。而且不止是加猛,添加或改变其他任何原材料,这一技术均可应用其中。

  二是获得电池热失控的边界温度点。在电池设计周期内就可以评估这一重要的温度指标,从而提早实施干预。

  三是区分后果等级和风险几率。很多实际案例表明,电动汽车出现电池安全问题大概有70%-80%是在SOC接近百分之百的情况下。那么有没有数据来向整车厂说明,“电池不充满”的安全性高于充满状态呢?“实际上,还是应该做电池热失控仿真,看一看SOC在建立到什么程度的情况下,它的温度升高是能够被容忍的。”余华强分析道。通过电池热失控仿真,区分不同温度变化区间所产生的风险,便于干预处置方案的制定。

  值得注意的是,应急冷却,是目前很多整车厂在发生电池热失控后,为了防止发生更多次生问题的主要干预策略。但是,如果通过干预处置,热失控的“热”虽然被迅速抑制住,是否就能够保证避免发生其他次生危险呢?这一点也可以结合热失控仿真来验证。另外,采用液冷,还是其他应急冷却策略,都需要更多数据验证。

  此外,电池包内不同位置电芯的热失控所产生的不良后果可能相差千里,因此,运用不同点位的热失控仿真将大幅度提高热失控结果预判的准确度和时效性。

  总体上,当非常重要的电池安全保障遇上极多变量后,电池热失控仿真应用或将成为“动力电池安全研究的发展新方向”,而且实用范围广阔,其对电池产业的影响值得期待!

余华强深度解析:电池热失控“短板”突围

稿件来源: 电池中国网
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