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熱失控?cái)U(kuò)散的防御措施有哪些

工程師鄧生 ? 來(lái)源:與非網(wǎng) ? 作者:朱玉龍 ? 2020-01-16 16:52 ? 次閱讀

在目前的熱失控?cái)U(kuò)散的防御措施里面,核心的還是談性?xún)r(jià)比,模組和 Pack 層面,前者花的成本更多一些,需要很多的措施來(lái)在第一個(gè)電芯出現(xiàn)熱失控之后就地阻止第二個(gè)電芯熱失控,在最近幾個(gè)月 BMW 有關(guān)電池模組安全專(zhuān)利里面有一些想法,我覺(jué)得我們可以看一看。

01

模組層面措施的有效范圍

從模型角度來(lái)看

在之前的 DR SEBASTIAN SCHARNER《QUANTITATIVE SAFETY CHARACTERIZATION OF LI-ION CELLS》里面我們可以把一部分的事情確認(rèn)好。

我們的控制對(duì)象是一個(gè)滿(mǎn)電 100%SOC 下的電芯,在一定的環(huán)境溫度下在熱失控條件下蘊(yùn)含的熱量,一部分化為煙氣,一部分留在本體。

熱量

所以我們?cè)谶@個(gè)里面,一個(gè)核心的事情,就是先把煙氣攜帶的那部分熱量盡可能離受傷害的區(qū)域遠(yuǎn)一些,在這個(gè)設(shè)計(jì)中首要的事情就是讓這個(gè)氣體能出來(lái),但是盡快有地方擴(kuò)散。

在以下的示例中,在第四個(gè)電池單體 4 中發(fā)生內(nèi)部短路,由此電池單體熱失控開(kāi)始,單體壓力升高,殼體達(dá)到一定內(nèi)壓起, 泄壓閥打開(kāi)高壓的氣體達(dá)到上方的屏蔽隔離板上面,打開(kāi)設(shè)計(jì)的位置往左右進(jìn)行擴(kuò)散,高溫的氣體的熱量通過(guò)屏蔽隔離板進(jìn)行分離,使得這部分熱量與臨近的電芯形成耦合

備注:這個(gè)屏蔽隔離層最主要的作用是熱隔離,可能由云母板構(gòu)成,這個(gè)通口的位置可以根據(jù)壓力打開(kāi)方式設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

而另一個(gè)很重要的事情就是附近電芯的隔離,這里從熱的角度來(lái)看,是在單個(gè)電芯持續(xù)發(fā)熱和慢慢釋放熱量的過(guò)程中,另一個(gè)電芯從正面和極耳的溫度能夠堅(jiān)持在被引燃的臨界點(diǎn)之內(nèi)。

這個(gè)設(shè)計(jì)在我們的考慮來(lái)看,在模組內(nèi)電芯間隔方面就需要考慮在這個(gè)泄壓過(guò)程中,電芯的結(jié)構(gòu)往兩邊會(huì)有一個(gè)很大的壓力。

所以極端的設(shè)計(jì)條件下,專(zhuān)利甚至使用一個(gè)金屬的應(yīng)急容納冷媒的冷卻片用來(lái)主動(dòng)在這種意外條件下對(duì)電芯進(jìn)行速凍

根據(jù)電芯的不同,我們目前能做的事情如下圖所示,在最壞條件下把溫度在一定時(shí)間抑制在 10-15 分鐘,在比較好的條件下能讓這個(gè)過(guò)程不連續(xù)下去,本身這個(gè)事情就有邊界。

02

影響的因子

能量密度

所有的這一切都圍繞著電池在不同狀態(tài)下的釋放情況,所以能量密度和電芯的化學(xué)體系決定著我們的困難有多大,能量密度越高,電芯的設(shè)計(jì)決定著電芯噴出去多少,什么溫度要觸發(fā)下一個(gè)電芯。

在原有的電芯尺寸下面,更高的能量密度意味著電芯本體的表面溫度越來(lái)越高,也意味著我們對(duì)材料的隔熱系數(shù)和堅(jiān)持的時(shí)間都要提高。本身我們對(duì)于材料的厚度、重量和成本又有限制。

如果我們要期望電芯在一個(gè)熱失控開(kāi)始,到這個(gè)受損電芯結(jié)束,對(duì)于這個(gè)電芯所處在的狀態(tài)都有限制,如果它的能量密度越高,我們可能把它限定在一定的容量,一定的 SOC 和需要更多厚度的隔熱板,甚至應(yīng)急的冷媒管去冷卻它。

小結(jié):短期內(nèi)我們能比的是時(shí)間,可能往前看比的是在同樣的電芯下面對(duì)于這個(gè)破壞性精確的把握和隔離。
責(zé)任編輯:wv

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