如何进行电池包PACK热失控防护？

只看该作者 · 2024-7-8 11:17

随着纯电动汽车快速普及，保有量大幅增加，电池PACK起火、自燃、爆炸事件频发，热失控成为影响动力电池安全的最大诱因。

电池会起火，原因主要包括电池部件老化、外部碰撞、高温天气、电池热失控、高负荷等五个方面。外部碰撞和高温天气属于外因，电池部件老化、电池热失控、高负荷则与动力电池质量、热管理系统等相关，往往是自燃的直接导火索。

现在常见的解决电池PACK热失控难题的方法，主要分为主动安全设计和被动安全设计：

主动安全设计：

热失控检测：通过温度，电压的监测结合定时唤醒的功能，能在电池包热失控发生前，向车辆发出报警，保证人员人身安全

电压检测：进行实时单体电压检测，根据电芯性能，设定电压阈值和压降速率阈值来定义热失控是否发生

温度检测：测定实时模组温度，根据电芯性能，设定高温阈值和温升速率阈值来定义热失控是否发生

防误报设计：为了防止误报，对检测时间和检测条件进行了冗余设计，以增加策略判断的可靠性

唤醒策略：BMS休眠后，每隔一定时间自动唤醒，唤醒后检测当前温度和电压值

被动安全设计：

电气绝缘耐压设计：如出现绝缘失效会造成严重的短路情况，为避免二次绝缘失效，通过客户需求的最大工作电压Vmax，以及工作海拔来做相应的绝缘设计

双重绝缘设计：电芯本身有一层绝缘电芯蓝膜及电芯顶贴片可以满足绝缘耐压要求，端侧板与电芯间、电芯与底部安装面间均有绝缘纸进行防护

结构安全测试：像震动、冲击、包括碰撞等问题相对好解决，如长周期出现才能监测到的问题，就通过端板和侧板模组的焊接测试，根据模组循环与膨胀力的关系，设计模组端侧板的焊接强度要求和指标。

热失控防护方案：通过热失控防护设计，实现电池包热失控的5重防护：传感器提前预警、电芯间的隔热设计、模组间增加阻热间隔、引导热失控排气按照特定通道排出、优化防爆阀选型，最终实现电池包的“0”热蔓延（即单个电芯热失控，不会蔓延至相邻电芯或模组）

除此之外，还有增加高耐热PET、芳纶等防护隔膜、通过主要原材优选及有效改性来增强电芯的热稳定性、加入电解液阻燃添加剂等方式，来增加电池PACK的安全系数，降低热失控概率。

但无论是增加隔膜还是监测，几乎都属于事后的防护手段。要有效抑制电池PACK的热扩散和热蔓延，从源头出发，让单体电池不发生热失控或许是“最优解”。

畅能达电池热管理方案

电池PACK会发生热扩散和热蔓延的根本原因，是单体电池运行过程中，上下温差过大（甚至达到15度）导致热量聚集，热失控后再通过模组中电芯之间极小的间距迅速扩散，造成起火等安全事故。

畅能达针对此问题，在内置电池中的裸电芯和电芯封装层之间设置均热层，其中嵌入 VC 均热板。电池充电时，做到内部均匀热量、外部冷却降温，从而降低内置电池整体温度。同时，均热层可取代目前电芯中常用的热熔胶层，不会占用电池内部空间，解决散热结构引入对电芯能量密度的损失。

采用相变热控技术能够有效提升电池热导率，实现精准控温，是突破电池PACK热扩散瓶颈的关键！通过这一技术，电池上下温差可降低至2度左右，甚至能达到原有充电倍率3倍的效果。

电池安全是新能源车型安全的核心，只有解决电池PACK的热失控扩散痛点，提升整体安全系数，才能促进行业良性发展。