波音 Boeing 787 的鋰離子電池散熱問題是因?yàn)樵O(shè)計(jì)缺陷造成的嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-14 17:34
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鋰電池內(nèi)阻很小，50ah的單體才1-2毫歐（配方和疊片工藝不同有影響）。所以大電流也不會(huì)有較大溫升，目前較多的測(cè)試結(jié)果，一般60安培左右的放電電流下，上述電池溫升經(jīng)驗(yàn)值15攝氏度。
然而鋰電池系統(tǒng)一定有電池管理系統(tǒng)的，電子器件的耐流就相對(duì)更難做，控制通斷的mos管在上述放電環(huán)境下溫升35攝氏度以上。
另外，散熱的障礙還有一塊是電池連接件，由于接觸電阻等因素，往往設(shè)計(jì)或是工藝問題帶來很高溫升。我們廠里就出現(xiàn)過試驗(yàn)機(jī)的正極極柱溫升超過90攝氏度的例子。原因則不方便說了。
綜上，鋰電池發(fā)熱主要就是這三個(gè)組件。而連接件的設(shè)計(jì)和工藝，我懷疑是787的主要問題。鋰電在海拔超過3000米的應(yīng)用還不多，而整個(gè)鋰電行業(yè)比起航天業(yè)的嚴(yán)謹(jǐn)，還差很遠(yuǎn)，不排除沒有做過負(fù)壓、震動(dòng)實(shí)驗(yàn)就上天的可能。
然而鋰電池系統(tǒng)一定有電池管理系統(tǒng)的，電子器件的耐流就相對(duì)更難做，控制通斷的mos管在上述放電環(huán)境下溫升35攝氏度以上。
另外，散熱的障礙還有一塊是電池連接件，由于接觸電阻等因素，往往設(shè)計(jì)或是工藝問題帶來很高溫升。我們廠里就出現(xiàn)過試驗(yàn)機(jī)的正極極柱溫升超過90攝氏度的例子。原因則不方便說了。
綜上，鋰電池發(fā)熱主要就是這三個(gè)組件。而連接件的設(shè)計(jì)和工藝，我懷疑是787的主要問題。鋰電在海拔超過3000米的應(yīng)用還不多，而整個(gè)鋰電行業(yè)比起航天業(yè)的嚴(yán)謹(jǐn)，還差很遠(yuǎn)，不排除沒有做過負(fù)壓、震動(dòng)實(shí)驗(yàn)就上天的可能。
根據(jù)wiki的描述，NTSB與JTSB的調(diào)查結(jié)果以及相關(guān)新聞報(bào)道，大致總結(jié)一下吧。
關(guān)于波音787客機(jī)鋰離子電池引發(fā)的問題，外界關(guān)注與報(bào)道的主要有兩起，一起是1月7日，美國(guó)波士頓Logan機(jī)場(chǎng)發(fā)生的日航787電池過熱起火事件，另一起則是1月16日，全日空787執(zhí)飛由山口宇部機(jī)場(chǎng)至東京成田機(jī)場(chǎng)時(shí)，機(jī)組成員在駕駛艙內(nèi)聞到刺鼻煙味，同時(shí)儀表盤報(bào)警顯示電池故障，最后飛機(jī)緊急迫降在高松機(jī)場(chǎng)。
目前兩起事故的調(diào)查都未正式完結(jié)，因此還沒有形成最終的結(jié)論，但4月24日以后NTSB和JTSB再?zèng)]有發(fā)布最新的調(diào)查報(bào)告。4月25日，F(xiàn)AA正式批準(zhǔn)了波音公司的電池修改方案；4月27日，波音787也已恢復(fù)飛行。根據(jù)NTSB的調(diào)查報(bào)告，導(dǎo)致日航787電池過熱起火的原因主要為電池組6號(hào)電芯內(nèi)部短路引發(fā)熱失控，進(jìn)而導(dǎo)致相鄰的電芯發(fā)生熱失控，最后引起電池起火（The investigation identified multiple, internal short circuits in cell 6 of the battery that started a thermal runaway and progressed to neighboring cells）；JTSB針對(duì)全日空787事故發(fā)布的調(diào)查報(bào)告中，也確認(rèn)發(fā)現(xiàn)了電池內(nèi)部短路引發(fā)熱失控的跡象（根據(jù)FDR記錄，電池電壓在10秒內(nèi)由31V降至11V）。然而目前已發(fā)布的調(diào)查報(bào)告中，均并未指出電池發(fā)生內(nèi)短路起火的根本原因，電池設(shè)計(jì)與制造是否存在瑕疵等問題也沒有得到確認(rèn)。個(gè)人認(rèn)為查清事故原因的希望不大了。
波音對(duì)電池的修改方案主要是加強(qiáng)電池殼體，增加隔離和耐熱能力。增加電芯間空隙，增加阻隔層，降低連鎖反應(yīng)的可能性。加強(qiáng)接線和安裝件額防火能力，精確控制充電電壓，防止過充。新的殼體不僅隔熱，還阻絕空氣。經(jīng)過測(cè)試，電解液釋放后，殼體受到強(qiáng)烈加熱，但由于缺乏空氣，殼體內(nèi)無法引起燃燒和溫度飛升。引入空氣后，也由于空間有限，后續(xù)空氣無法進(jìn)入，燃燒只能持續(xù)200毫秒。但波音的修改方案只能阻止火災(zāi)蔓延，無法從根本上解決電池本身存在的問題。
背景：電池是日本人生產(chǎn)的，pack是法國(guó)人成組的，客機(jī)是美國(guó)人造的。
有一次鋰離子電池安全會(huì)議上，有人討論到這個(gè)問題，提到兩次事故均是引擎在第一次點(diǎn)火失敗后再次點(diǎn)火時(shí)發(fā)生的?？紤]到點(diǎn)火時(shí)瞬間電流很大，再次點(diǎn)火時(shí)可能是在已經(jīng)放電后的電池，再次大電流放電，導(dǎo)致電池過放造成安全事故（在之前使用其它蓄電池時(shí)也發(fā)生過過放而無法啟動(dòng)的情況，但未起火），后來的處理方法中有一條就是針對(duì)性的將放電截止電壓提高。所以在場(chǎng)的日本和法國(guó)的研究人員都一致認(rèn)為該問題是美國(guó)波音公司的鍋（未在場(chǎng)）。
以上是會(huì)議中聽來的，未經(jīng)查實(shí)
========分隔線========有一次鋰離子電池安全會(huì)議上，有人討論到這個(gè)問題，提到兩次事故均是引擎在第一次點(diǎn)火失敗后再次點(diǎn)火時(shí)發(fā)生的?？紤]到點(diǎn)火時(shí)瞬間電流很大，再次點(diǎn)火時(shí)可能是在已經(jīng)放電后的電池，再次大電流放電，導(dǎo)致電池過放造成安全事故（在之前使用其它蓄電池時(shí)也發(fā)生過過放而無法啟動(dòng)的情況，但未起火），后來的處理方法中有一條就是針對(duì)性的將放電截止電壓提高。所以在場(chǎng)的日本和法國(guó)的研究人員都一致認(rèn)為該問題是美國(guó)波音公司的鍋（未在場(chǎng)）。
以上是會(huì)議中聽來的，未經(jīng)查實(shí)
再補(bǔ)充一些細(xì)節(jié)...
波音787上共安裝了兩組鋰離子電池，一組主電池組放置在飛機(jī)前部，為駕駛艙中某些電子設(shè)備提供電源，另一組安放在飛機(jī)中后部，為飛機(jī)的輔助動(dòng)力單元（APU）提供動(dòng)力。兩組電池規(guī)格基本一致，均由8個(gè)3.7V的鈷酸鋰單體電池串聯(lián)而成，重約28.5kg，工作電壓區(qū)間20-32.2V，容量可達(dá)75Ah。電池的制造商為GS-湯淺公司。日航事件中發(fā)生事故的為APU電池組，全日空事件中則為主電池組。
事故發(fā)生后，日航和全日空全部停飛所有波音787客機(jī)，美國(guó)聯(lián)邦航空署（FAA）也宣布停飛美國(guó)注冊(cè)的所有787客機(jī)，其他國(guó)家也相繼跟進(jìn)。美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)（NTSB）和日本運(yùn)輸安全委員會(huì)（JTSB）則分別對(duì)兩起事故展開調(diào)查。
