新能源汽车动力电池热失控环境下数据解析研究

新能源汽车动力电池热失控环境下数据解析研究

单传省,

370481198505205379山东精工电子科技股份有限公司

摘要：现如今，我国对环境工程加以重视，为应对环境和气候变化，新能源汽车成为汽车行业主要发展趋势。但是新能源汽车自燃事故时有发生，严重影响了新能源汽车行业发展。锂离子电池是新能源汽车的主要电力来源，电池安全性对于新能源汽车发展具有直接影响。其中新能源电池热失控气体是导致汽车发生自燃的主要可燃物，严重影响到新能源汽车行业的发展。本次首先针对新能源电池热控问题分析，以此认识到新能源电池热失控主要原因，基于此基础上探讨新能源汽车动力电池热失控环境下的相关数据，进而认识新能源汽车动力电池热失控影响作用，并提出相应的新能源汽车动力电池热失控预防对策，总结新能源电池安全发展方向，以此为未来新能源电池安全发展提供相关参考建议。

关键词：新能源汽车；动力电池；热失控；数据解析

引言

随着我国“双碳”战略目标的提出，新能源汽车的销售占比持续增大，车企相继发布了退出制造燃油汽车的计划。虽然新能源汽车的技术革新取得很大进展，但新能源汽车实际使用过程中安全事故仍不断增多。根据国家应急管理部消防救援局对我国2022年第一季度新能源汽车引发火灾的统计结果来看，新能源汽车引发的火灾同比升高32%，整体上升幅度较大，其中自燃事故占较大比例，且事故车辆囊括国内外各大品牌。新能源汽车自燃事故，往往与其动力电池热失控有直接关系，新能源汽车的电池安全问题已引起国家高度重视，2022年3月，工信部颁布了《2022年汽车标准化工作要点》，提出对电动汽车动力蓄电池安全相关标准进行修订，进一步提升动力蓄电池热失控报警和安全防护水平；加快推进电动汽车远程服务与管理系列标准研究，修订燃料电池电动汽车碰撞后安全要求标准，进一步强化电动汽车安全保障。作为新能源汽车中的一种类型，电动汽车在汽车销售的数量上逐年增多，其动力电池的安全保障亟须加强，动力电池热失控是电动汽车安全性上必须攻克的一大难题。

1新能源电池热控问题

新能源电池使用中一旦出现热失控问题，容易引发自燃，严重影响驾驶人生命安全以及财产安全。所以需要针对新能源电池热失控问题有综合认识，导致出现电池热失控的原因主要为：当前新能源汽车企业数量迅速增加，然而电池使用投入金额数量较大，部分企业会将此部分业务整体承包给电池生产厂商，电池生产后经过检验合格才能够到厂家，完成整个车辆的组装工作。在这一方式的应用下容易导致技术上存在不匹配，电力供应和终端用户参数之间有所差异，时间越长电池出现热失控的风险越大。同时在电动车使用中，提速以及加速比较快，部分驾驶人员为获取驾驶激情，会针对电池组实施改装，改装后电池供应电压也会有所改变，和原厂家配置参数存在不同，进而导致电池组运行和充电参数出现改变，进而引发出现电池热失控。

关于环境对新能源电池热失控的影响，主要是受到电池结构特性的影响，在高温环境下，EC以及电解液等会出现分解，电解液的分解物也会和正极、负极发生反应，电芯隔膜进而被融化分解，各种反应的产生会引发出现大量热量。隔膜融化也会导致出现内部短路，随着电能量的释放也会加大热量生产。在以上累计过程中，进而出现相互增强的破坏作用，最终导致电芯防爆膜破裂，喷出电解液，发生燃烧。其中三元系电池和磷酸铁锂电池相比，正极材料更容易出现分解反应，释氧过程中会进一步加快发生热失控。

2新能源汽车动力电池热失控环境下数据解析研究

2.1采用新型电池材料和防火涂层

使用新型防火涂层、航天级防火材料，对电池壳体进行喷涂，提升电池壳体的耐热、耐高温等防火能力，有助于遏制和减缓火势的蔓延，避免火灾的扩大，减少火灾发生时的损失程度，同时增加施救的时间，防止驾驶员和乘客在火灾中受困于车内。在电池包传热介质的选择上，添加高导热材料、多孔导热材料，增强复合相变材料的导热性能。通过不断尝试新的散热材料，获得更加优异的散热性能，目前对于复合相变材料的研究较为广泛，其中最具有代表性的是高性能的膨胀石墨。高飞等制备了以三元乙丙橡胶为基体的阻燃防护材料，该材料可以隔离电池单体爆燃时释放出的热量，控制电池单体壳体表面温度不超过50℃，进而阻断了热失控在电池系统内的扩散。就三元乙丙橡胶对锂离子电池热失控过程中的阻燃效果进行研究，得出采用3mm的三元乙丙橡胶阻燃热防护材料可以起到有效的阻燃作用。设计了一种具有高导热的复合相变材料，并成功应用选择性激光烧结技术将复合相变材料制造成型，通过模拟仿真，验证了复合相变材料电动汽车电池热管理系统满足正常运行的要求，可以有效避免热失控。

为了减少电池内部短路的问题，应优化电池材料的防火性能，开发更具阻燃性的新型材料，进而起到有效的防火功用。韦家辉认为电池隔膜常用的PE材料和PP材料等耐高温性能不强，当电池温度过高时，不足以起到阻燃的效果。罗海灵对软包电池进行了穿孔试验，得出隔膜材料的力学性能对于电池在穿孔工况下的安全性具有决定性的影响，采用具有高延伸率的隔膜有助于降低软包电池的短路风险。因此，采用耐高温的无机纳米涂层，其基材选择防火防爆材料，这样可以保证电池在高温环境下的良好状态，避免短路的发生。为了提高电解液的防火性能，可以采用阻燃剂进行处理，防止电池起火后大范围燃烧。

2.2电池充放电性能检测

对于单节锂离子电池来说，其最高的充电电压为3.65-4.35V，不可过度充电，否则将直接导致当前电池报废，丧失其使用性能。通常，通过运用电池充放设备，针对锂离子电池的电池组进行充电。一般情况下，充电2-3h后，对电池总容量的保持率进行检测，明确其是否在初始总量的100%。

在进行电池放电性能检测时，使用设备为电池充放设备；为进一步确保锂电池放电极留有部分锂离子，需要严格控制放电终止最低电压，若是处于常规温度条件下，其标准充放电电流为1C（C为电池容量），充放电循环500次时，要求其容量保持率不超过初始容量的90%。

2.3最高/最低温度及温差分析

温度参数是比较直观的单体电池热失控现象指标，在标准运行条件下，单体电池最高/低温度随电池的充放电流程规律性变化，单体电池最高温度普遍不超过50℃，最低温度可低至10℃左右，并且最高、最低温度之间的温差处于较为恒定的范围内。当单体电池发生热失控时，其和其附近的电池温度将呈现上升趋势，并且电池温差将进一步放大。

结语

热失控是电动汽车动力电池引发起火的主要原因，威胁到汽车和车内人员的安全。作为电动汽车上关键核心部件，动力电池热失控的研究对电动汽车的安全性能尤为重要。通过对电动汽车热失控原因分析，得出电池热失控的机理和特点。通过采用新型电池材料，使用防火材料进行喷涂，优化电池热管理系统，建立电池热失控监测系统，制定高标准的电池制造工艺，并实施专业化维护，综述研究了电动汽车电池热失控的防控策略，为探索电动汽车动力电池热失控提供参考。

参考文献

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