導(dǎo)致動(dòng)力電池過(guò)熱的原因分析
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-04-02 08:46
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導(dǎo)致動(dòng)力電池過(guò)熱的原因來(lái)自于電池的選型和熱設(shè)計(jì)的不合理，或者外短路導(dǎo)致電池的溫度升高、電纜的接頭松動(dòng)等，應(yīng)該從電池設(shè)計(jì)和電池管理兩個(gè)方面來(lái)解決。
從電池材料設(shè)計(jì)角度，可以開(kāi)發(fā)來(lái)防止熱失控的材料，阻斷熱失控的反應(yīng)；從電池管理角度，可以預(yù)測(cè)不同的溫度范圍，來(lái)定義不同的安全等級(jí)，從而進(jìn)行分級(jí)報(bào)警。
今年的一起純電動(dòng)大巴起火事件原因就在于“過(guò)充電觸發(fā)的熱失控”，具體則是電池管理系統(tǒng)本身對(duì)過(guò)充電的電路安全功能缺失，導(dǎo)致電池的BMS已經(jīng)失控卻還在充電導(dǎo)致的。
針對(duì)這類過(guò)充電的原因，解決辦法首先是查找充電機(jī)的故障，這可以通過(guò)充電機(jī)的完全冗余來(lái)解決；其次是看電池管理合不合理，比如說(shuō)沒(méi)有監(jiān)控每一節(jié)電池的電壓。
值得注意的是，隨著電池的老化，各個(gè)電池之間的一致性會(huì)越來(lái)越差，這時(shí)過(guò)充就更容易發(fā)生。這需要進(jìn)行整個(gè)電池組的均衡，來(lái)保持電池組一致性。
比如采用“先并后串”這一最常見(jiàn)電池組組合方法的串聯(lián)的電池組，在解決單體一致性問(wèn)題后，最好的情況是擁有與最小容量的單體一樣大的容量。有了這個(gè)一致性之后，容量回升了，同時(shí)也能防止過(guò)充。
為了實(shí)現(xiàn)一致性，必須有一種方法對(duì)各個(gè)單體進(jìn)行容量估計(jì)。歐陽(yáng)明高建議，可以根據(jù)充電曲線的相似性來(lái)進(jìn)行全體電池組狀態(tài)的估計(jì)。
也即是說(shuō)，只要知道了其中一個(gè)單體電池的充電曲線，其他的曲線應(yīng)該跟它是相似的。經(jīng)過(guò)曲線變化，它們可以近似重合，曲線變化的過(guò)程中間的這些差異就很容易計(jì)算。根據(jù)一個(gè)單體可以推算出其他的單體。有了這樣的方法，就可以進(jìn)行上文提到的一致性的均衡，當(dāng)然這種算法的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，需要進(jìn)行簡(jiǎn)化。
波音787客機(jī)曾因電池爆炸起火。在查找事故原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)電極和隔膜上有金屬物，產(chǎn)生了內(nèi)短路。雖然專家無(wú)法100%確認(rèn)熱失控是由內(nèi)短路觸發(fā)的，但它是最可能的原因，因?yàn)檎也坏狡渌颍覂?nèi)短路沒(méi)辦法“浮現(xiàn)”。
電池制造雜質(zhì)、金屬顆粒、充放電膨脹的收縮、析鋰等都有可能造成內(nèi)短路。這種內(nèi)短路是緩慢發(fā)生的，時(shí)間非常長(zhǎng)，而且不知道它什么時(shí)候會(huì)出現(xiàn)熱失控。若進(jìn)行試驗(yàn)，無(wú)法重復(fù)驗(yàn)證。目前全世界專家還沒(méi)有找到能夠重復(fù)由雜質(zhì)引起的內(nèi)短路的過(guò)程，都在研究當(dāng)中。
要解決內(nèi)短路問(wèn)題，首先要找到產(chǎn)品品質(zhì)好的電池廠商，選擇電池及電池單體容量；其次對(duì)內(nèi)短路進(jìn)行安全預(yù)測(cè)，在沒(méi)有發(fā)生熱失控之前，要找到有內(nèi)短路的單體。
這意味著必須要找到單體的特征參數(shù)，可以先從一致性著手。電池是不一致的，內(nèi)阻也是不一致的，只要找到中間有變異的單體，就可以將其辨別出來(lái)。
具體而言，正常的一個(gè)電池的等效電路和發(fā)生了微短路的等效電路，方程的形式實(shí)際上是一樣的，只不過(guò)正常單體、微短路的單體的參數(shù)發(fā)生了變化?？梢葬槍?duì)這些參數(shù)來(lái)進(jìn)行研究，看其在內(nèi)短路變化中的一些特征。
其中特征之一就是內(nèi)短路單體的電勢(shì)差，比較其內(nèi)阻跟其他單體的差異。歐陽(yáng)明高提出，研發(fā)人員要利用模型來(lái)進(jìn)行單體的辨識(shí)。在測(cè)出每個(gè)單體的電壓、電流后，利用這些數(shù)據(jù)再結(jié)合模型，就可以把每個(gè)單體的內(nèi)阻預(yù)估出來(lái)。再把單體的參數(shù)全部預(yù)估出來(lái)后，根據(jù)參數(shù)的變化，便可以判斷其一致性是否發(fā)生了顯著性變化。
碰撞是典型的機(jī)械觸發(fā)熱失控的一種方式。特斯拉屢次發(fā)生起火事故就是這個(gè)原因。歐陽(yáng)明高透露，清華大學(xué)跟MIT共同合作對(duì)特斯拉在美國(guó)的碰撞事故進(jìn)行過(guò)分析。如果在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行碰撞的一個(gè)仿真，最接近的是針刺。
歐陽(yáng)明高還表示，通過(guò)對(duì)三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池進(jìn)行針刺試驗(yàn)，研究熱失控過(guò)程，發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰電池在這個(gè)熱失控過(guò)程中沒(méi)有三元鋰電池放熱表現(xiàn)的那么劇烈。實(shí)驗(yàn)表明，不同的材料在針刺的時(shí)候會(huì)有不同的反應(yīng)，磷酸鐵鋰相對(duì)安全。
歐陽(yáng)明高
