浅析动力电池热失控

摘要：

新能源汽车正在逐步替代传统汽车，占据整车三分之一成本的电池系统对于整车的影响极为重要。当前，动力电池热失控现象已经极大的影响客户的体验性能，本文分析了引起动力电池热失控的原因，并提出了相应的探测解决措施，对于动力电池的良好运作提供了一种技术保障。

关键词：新能源汽车；热失控；监测控制

1前言

近年来，随着新能源汽车产业的迅速发展，动力电池产业链也在迅猛增长。作为新能源汽车的核心组件，动力电池的技术进步对于电动汽车的发展起着关键作用。伴随新能源汽车的推广使用，电池热失控引发的事故也在频发升起。

图1 2011-2016年中国动力电池总量统计1
图2  2011-2016国内新能源汽车火灾数量 

据不完全统计，仅2016年国内被报道出来的新能源汽车起火事故共计29起，总计40辆车，涉及的地区、品牌、车企较多；而自国家从政策层面推广新能源汽车以来，

对于热失控引起的事故也正在逐步被重视，设计并研发能够杜绝和防护热失控的监测装置迫在眉睫。

2热失控现象

动力电池热失控，指的是蓄电池内部温度和电流发生一种累积的互相增强的化学和物理反应而引起的电池损坏的现象。侠义的热失控指的是电芯，广义的热失控主要指的是PACK。

热失控是一种剧烈发生、危害性高，带有鼓包，胀气，膨胀甚至爆炸过程的现象。引起热失控的因素较多，包括短路、高温、挤压、针刺等。锂电池内部变化随温度升高产生不同影响。高温作用下，电池中的电解液、隔膜、流体都处于不稳定状态，如果与氧气接触则可能伴随剧烈燃烧从而引起电池爆炸，对于人员可能产生重大损失。

3热失控原因分析

引起动力电池热失控的因素比较多，包括内部因素和外部因素。

外部因素包括环境过热、大电流过冲、挤压、针刺等；内部因素包括内部短路、内部温升等因素。热失控是由于各种因素交叉而引起的内部电池反应造成不可控现象的发生。

图3  热失控原因分析

4探测分析方案

动力电池热失控首先会对电池产生影响，严重时候可直接爆炸；其次对于整车的运行引起重大损失，轻则造成车辆损坏，重则引起人身安全，因此，必须有效的监测故障才能防患于未然。

观察热失控原因可以发现，内部变化由于时间响应比较短，而且不易探测，因此只能应用于外部检测手段内进行分析。

当内部因物理和化学反应产生的同时会释放部分气体，类CO,CO2和CH4等，此时如果可以通过某种手段进行检测则可以快速识别电池内部状态，以避免引起热失控后引起的爆炸等严重现象。

图4  热失控过程状态

根据热失控过程状态可以推测，在不同阶段动力电池呈现不同的表征，为了迅速的判断其内部状态，可通过A,B,C,D步骤进行检测。

A：早期阶段：电池内部初始故障发生，通过气体探测器吸附动力电池，可快速判断内部是否产生故障；

B：烟雾阶段：内部泄露气体引起烟雾产生，此时可通过烟雾传感器进行检测；

C：火焰阶段：由于泄露引起火情达到燃点，此时可通过火焰探测器快速感知；

D：高温阶段：燃烧产生的大量热量引起高温，可通过温度传感器快速灭火。

5小结

本文综述了动力电池热失控发生的现象，分析了引起热失控的原因，并根据其失效机理提出了有效的监测和防范手段，对于研究动力电池热失控具有重要的指导意义。