電池熱失控的5個層面

通常情況下，機械、電、熱就是電池著火的三個主要誘因。但電池的生產(chǎn)過程，包括制造正負(fù)極材料，然后運輸材料到了電池廠、Pack廠、主機廠，這一系列的過程下來。最后車輛發(fā)生了自燃事故，那么到底是哪個或者說哪幾個環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問題呢？我們該如何查究，如何問責(zé)呢？

這要從電池?zé)崾Э氐?個層面來分析：
1.材料層面：電池單級是由正極材料、電解液、負(fù)極材料組成的，這三種材料本身就具有一定的危險性，比如一塊由寧德時代制造的NCM三元鋰電池，和一塊由不知名三流小廠制造的NCM三元鋰電池，只要持續(xù)過充，就都會自燃；只有材料是鉛酸的電池，那么就算制造水平不論，過充也不易引起自燃。

下圖中材料的危險性是越靠近左上越高。其中大家的一個認(rèn)知盲點就是，國內(nèi)常見的NCM鎳鈷錳三元材料相比特斯拉的NCA鎳鈷鋁三元材料更具安全性，當(dāng)然磷酸鐵鋰材料安全性更高。

2.單體層面：單體設(shè)計。常見的三星Note起火爆炸事件就是因為單體設(shè)計過于激進(jìn)，當(dāng)受壓后極易導(dǎo)致內(nèi)短路，從而起火爆炸。而特斯拉把CID（電流中斷裝置）、PTC（可恢復(fù)保險絲）等安全裝置加入到18650電池，這樣在單體層面上彌補了使用NCA材料的先天缺陷，降低了危險性。

3.Pack層面：俗稱電池包，也是儲能裝置總成。電池包的功能就是保護(hù)電池，避免電池受到碰撞、擠壓、針刺等機械濫用，以及進(jìn)水短路，錯接等電的濫用，當(dāng)然還有接頭松動的問題。Pack層面主要就是做好應(yīng)對前訴各個問題的機械設(shè)計，防水設(shè)計、高壓安全設(shè)計、防火阻隔等。

雖然pack層面的工作比較繁雜，但是它并不是最容易出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)。早就2015年，行業(yè)內(nèi)就頒布了包括GB/T 31485” 電動汽車用動力蓄電池安全要求及試驗方法”、GB/T 31467” 電動汽車用鋰離子動力蓄電池包和系統(tǒng)”、GB/T31498” 電動汽車碰撞后安全要求”等國家標(biāo)準(zhǔn)。行業(yè)發(fā)展較早，各方面比較全面，經(jīng)驗累積也足夠深厚。

也正是因為行業(yè)發(fā)展較成熟，標(biāo)準(zhǔn)立得早、立得嚴(yán)，所以在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，一些不能生產(chǎn)合格產(chǎn)品，不靠譜的企業(yè)也早就被淘汰掉了。如下圖所示，國標(biāo)的相關(guān)要求也包括了國際上的溫度沖擊、加熱、擠壓、針刺、海水浸泡等項目測試。國內(nèi)的電池企業(yè)也是嚴(yán)格按照國標(biāo)來進(jìn)行生產(chǎn)檢測，也就是說國內(nèi)電池企業(yè)目前的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是不亞于CATL等國際名牌的。當(dāng)然目前拿國內(nèi)電池的質(zhì)量與CATL相比還是有所差距的，但是可以說整個行業(yè)是在向前進(jìn)步地發(fā)展的。

除此之外，電池包之內(nèi)還包括了溫度、電壓、電流傳感器等電子器件，也兼具信號傳輸給外部的電池管理系統(tǒng)(BMS)。如果信號發(fā)生是錯誤，加上BMS的診斷功功能較弱，那么錯誤的決策就會發(fā)生。

4.E/E)系統(tǒng)設(shè)計層面：在Pack層面豐富的基礎(chǔ)之上，充電安全就是系統(tǒng)設(shè)計層面的主要工作了。設(shè)計主要工作是按照國標(biāo)GB/T 27930 “電動汽車非車載傳導(dǎo)式充電機與電池管理系統(tǒng)之間的通信協(xié)議” 來開展的。協(xié)議中規(guī)定是比較清晰的，例如包括了充電時，車輛要保持對的狀態(tài)，充電樁的狀態(tài)，以及為防止過充情況所需設(shè)計的安全機制。

5. 功能安全層面：在四個層面完成之后，在“國標(biāo)GB/T 27930”的護(hù)航之下，充電起火事件還是時有發(fā)生。國內(nèi)外是屢見不鮮。那么在這個層面而言，就是充電安全設(shè)計的不到位，也就是功能安全出現(xiàn)了問題。在這個層面所需遵照的標(biāo)準(zhǔn)就是ISO26262與GB/T 34590.

鋰離子電池除正常的充放電的電化學(xué)反應(yīng)外，還存在如電解質(zhì)溶液的還原和氧化分解、正極的熱分解等副反應(yīng)，這些副反應(yīng)大多會產(chǎn)生熱量。

（１）ＳＥＩ膜受熱分解

（２）充電態(tài)正極的熱分解

（３）電解質(zhì)的熱分解

發(fā)生熱失控時，可燃性電解液蒸氣和有機小分子氣體以極快的速度噴出，并與殼壁發(fā)生摩擦，摩擦產(chǎn)生的熱量足以點燃低閃點的可燃性氣體。

當(dāng)過充電超過一定限度后，電解液勢必發(fā)生氧化分解，并產(chǎn)生大量的熱，導(dǎo)致電池內(nèi)部溫度升高。當(dāng)溫度上升至一定程度后（一般認(rèn)為１３０ ℃ 是一個危險界限），引發(fā)上述的系列放熱反應(yīng)。