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极力避免很极端的事,来看看锂电池系统起火的几种原因

放大字体  缩小字体 发布日期:2016-08-22  来源: 第一电动网  作者:鑫椤资讯
   都说安全是动力电池的命根儿,最近在思考电池系统由内而外起火的原因分析,这里主要是考虑一层层原因往前去推,然后考虑将以前和未来的事故都放进去进行匹配,再根据各个车型的实际设计推测未来出事故的PPM(百万分率)。 下文把所有厂家的名字都去掉了,探讨这个话题并不针对任何企业,不做评判。

  这是从假定单个出问题,再扩展到全局的实验维度,从图中可以看出:
 


 
  整个分析只是为了匹配电池系统着火这个极端事件产生的,我们就区隔出由机械滥用的内容,电池系统的设计基础是着眼于放在一个车辆比较安全的位置,防止在车辆使用过程中出现问题,整个机械设计固然是目前大量做针刺、挤压等实验安全性的内容,但实际上由机械滥用引起的问题反而成为大家容易解决的问题。
 


 
  以特斯拉的三起事故为例:
 
  1.在美国田纳西州士麦那起火燃烧,这辆电动车冲向掉落路面的拖车挂钩,底盘碰撞后发生火灾。
 
  2.驾驶者在转弯时撞上、并穿过了了一座水泥墙,最终撞在一棵树上停了下来,起火。
 
  3.在西雅图车主称撞上了路中的金属残片,因此他离开了高速公路。车子失效后,他又闻到了燃烧的味道,车辆此时着火燃烧。
 
  这种机械上的设计也显得简单,在结构外围和底盖考虑更多的防护,即可取得立竿见影的效果。
 
  我们把本年发生的事情,把厂家去掉,可以再思考一下车起火是电池还是电池之外?很大一部分是电池之外的负载,线缆过热导致外围部分被点燃的事更多些。
 
  这里我们可以分基本的三层,着火的本质原因:
 
  1.电池内的未按照设计意图的热能释放+内外燃烧物
 
  2.电池内的可燃气体释放+燃点
 
  3.电池内的可燃液体释放+燃点:此处主要包括电解液泄漏和冷却液泄漏两部分。
 
  我们可以对电池系统的热能释放来考虑:
 
  1.电池包或电池单体过充
 
  过充一般而言确实是热能释放比较普遍的原因,电池包级热失控事件,可以往下细分为多电池(模组、单体过充),电池过充和电解液蒸发过热,还有就是电池剩余容量(SOC)计算错误引起的过充,高SOC状态下,未按照保护而进行能量回收引起的,以及充电控制程序卡住引起的过充。
 
  2 短路过流的人热能释放
 
  电池包/高压电路故障导致短路,散发热量。主要是由电池包内部短路和外部短路,引起导体和连接器过热、单体过热引发随后的热事件,进一步细分也可以分解成模组的短路引发的部件过热。例如模组一级的短路、电池组内一级短路、外围腐蚀性/导电液体进入引起的短路。
 
  3 高连接阻抗的发热
 
  电池包/高压电路的故障,导致充放电回路中出现高阻值的位置,电流在这一高阻点的温度上升,可能导致了相邻材料的着火和后续的热量传播。干路连接点接触不良、腐蚀引起发热。
 
  4.电池的内阻提升和内部出现过热
 
  单体排气产生可燃性气体,随后的热源(电弧,单体热失控)导致电池系统的多余热能。单体单点故障热失控界定实验,可以考虑单个单体扩展到整体方面的,在既定的条件下,将实现每个电池包备案交底,有些参考作用,但实验的条件与故障的发生不大可能完全吻合。
 
 

案例回顾
 
  实际上起火的事故都是交织在一起的:
 
  漏液加短路
 
  案例1:A车起火
 
  现象1:电池箱内电池单体出现两包以上漏液
 
  现象2:电池单体和电池箱铝壳之间的绝缘受损
 
  运行振动后电池箱内出现局部电池间歇性短路,绝缘损毁点通过电池箱及支架的接地构成强电压的短路回路,热能释放,电解液和电池本体的发热引发事故。
 
  火势扩大,点燃内饰
 
  案例2:B车起火
 
  现象1:车辆发生猛烈碰撞后,电池结构受损,冷却管破裂引发冷却液泄漏
 
  现象2:冷却液浸没电池管理单元(BMU)电路后引发缓慢的化学作用
 
  采样点浸没后,板级没有彻底防水设计导致缓慢加热触发冷却液燃点,在停车场放置了几周后起火。
 
  小结:
 
  1.起火是个很极端的事情,但是曝光度很高,大家第一反应都是电池系统的事情,从各种分析来看,从电池系统着火起来的事,必定有故障发生,而且有热量集聚引燃。
 
  2.如果把更多公开的信息汇总在一起,再拆解对比,完善系统分析过程还是可以达成一些共识避免很多未来的着火事故。
 
关于我们: 中国化学与物理电源行业协会(China Industrial Association of Power Sources,缩写:CIAPS) 是由电池行业企(事)业单位自愿组成的全国性、行业性、非营利性的社会组织。协会成立于1989年12月,现有上千家会员单位,下设碱性蓄电池与新型化学电源分会、酸性蓄电池分会、锂电池分会、太阳能光伏分会、干电池工作委员会、电源配件分会、移动电源分会、储能应用分会、动力电池应用分会、电池隔膜分会和电池回收再利用分会等十一个分支机构。
本会专业范围包括:铅酸蓄电池、镉镍蓄电池、氢镍蓄电池、锌锰碱锰电池、锂一次电池、锂离子电池、太阳电池、燃料电池、锌银电池、热电池、超级电容器、温差发电器及其他各种新型电池、电池系统解决方案,以及各类电池用原材料、零配件、生产设备、测试仪器和电池管理系统等。

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