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德普领衔主演

2018-09-21 07:52:14 高工锂电网
原标题:要把网民留言当做一种信任  “过去一年,广大网民朋友通过人民网《地方领导留言板》给我留言579条,或咨询、或建言、或监督。

动力电池安全性问题概括起来叫“热失控”,也就是到达一定的温度之后,就不可控了,温度直线上升,然后就会燃烧爆炸。而过热、过充、内短路、碰撞等是引发动力电池热失控的几个关键因素。

(1)过热触发热失控

导致动力电池过热的原因来自于电池的选型和热设计的不合理,或者外短路导致电池的温度升高、电缆的接头松动等,应该从电池设计和电池管理两个方面来解决。

从电池材料设计角度,可以开发来防止热失控的材料,阻断热失控的反应;从电池管理角度,可以预测不同的温度范围,来定义不同的安全等级,从而进行分级报警。

(2)过充电触发热失控

今年的一起纯电动大巴起火事件原因就在于“过充电触发的热失控”,具体则是电池管理系统本身对过充电的电路安全功能缺失,导致电池的BMS已经失控却还在充电导致的。

针对这类过充电的原因,解决办法首先是查找充电机的故障,这可以通过充电机的完全冗余来解决;其次是看电池管理合不合理,比如说没有监控每一节电池的电压。

值得注意的是,随着电池的老化,各个电池之间的一致性会越来越差,这时过充就更容易发生。这需要进行整个电池组的均衡,来保持电池组一致性。

比如采用“先并后串”这一最常见电池组组合方法的串联的电池组,在解决单体一致性问题后,最好的情况是拥有与最小容量的单体一样大的容量。有了这个一致性之后,容量回升了,同时也能防止过充。

为了实现一致性,必须有一种方法对各个单体进行容量估计。欧阳明高建议,可以根据充电曲线的相似性来进行全体电池组状态的估计。

也即是说,只要知道了其中一个单体电池的充电曲线,其他的曲线应该跟它是相似的。经过曲线变化,它们可以近似重合,曲线变化的过程中间的这些差异就很容易计算。根据一个单体可以推算出其他的单体。有了这样的方法,就可以进行上文提到的一致性的均衡,当然这种算法的时间过长,需要进行简化。

(3)内短路触发热失控

波音787客机曾因电池爆炸起火。在查找事故原因时,发现电极和隔膜上有金属物,产生了内短路。虽然专家无法100%确认热失控是由内短路触发的,但它是最可能的原因,因为找不到其他原因,且内短路没办法“浮现”。

电池制造杂质、金属颗粒、充放电膨胀的收缩、析锂等都有可能造成内短路。这种内短路是缓慢发生的,时间非常长,而且不知道它什么时候会出现热失控。若进行试验,无法重复验证。目前全世界专家还没有找到能够重复由杂质引起的内短路的过程,都在研究当中。

要解决内短路问题,首先要找到产品品质好的电池厂商,选择电池及电池单体容量;其次对内短路进行安全预测,在没有发生热失控之前,要找到有内短路的单体。

这意味着必须要找到单体的特征参数,可以先从一致性着手。电池是不一致的,内阻也是不一致的,只要找到中间有变异的单体,就可以将其辨别出来。

具体而言,正常的一个电池的等效电路和发生了微短路的等效电路,方程的形式实际上是一样的,只不过正常单体、微短路的单体的参数发生了变化。可以针对这些参数来进行研究,看其在内短路变化中的一些特征。

其中特征之一就是内短路单体的电势差,比较其内阻跟其他单体的差异。欧阳明高提出,研发人员要利用模型来进行单体的辨识。在测出每个单体的电压、电流后,利用这些数据再结合模型,就可以把每个单体的内阻预估出来。再把单体的参数全部预估出来后,根据参数的变化,便可以判断其一致性是否发生了显著性变化。

(4)机械触发热失控

碰撞是典型的机械触发热失控的一种方式。特斯拉屡次发生起火事故就是这个原因。欧阳明高透露,清华大学跟MIT共同合作对特斯拉在美国的碰撞事故进行过分析。如果在实验室进行碰撞的一个仿真,最接近的是针刺。

解决碰撞触发热失控的办法就是做好电池的安全保护设计。而这需要研发人员先了解热失控的发生过程。

一般而言,热失控发生之后,会往下传播。比如第一节热失控之后会有传热,开始传播,然后整组像放鞭炮似的一个一个接下来。针对这种传播,可以建立一个模型,包含中间温度升高率、化学能电能的产热、传热对流等。整个热电耦合的模型,可以用量热仪来做一个相关的定量分析。

有了传播模型,研发人员可以设计如何来阻断和抑制,这需要加隔热层。但是,加隔热层并不简单,一方面加厚了体积大,另一方面隔热层跟冷却又是矛盾的。这些都是需要解决的问题。

总之,在热失控扩展和抑制方面,研发人员要从安全保护设计和电池管理两个方面着手。

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