歐陽明高：解決動力電池熱失控需要三板斧

5月6日至7日，由清華大學主辦的首屆全國鋰離子電池安全技術研討會在北京舉行。本次會議重點討論了動力電池的熱失控問題（主要是高溫熱失控），討論了影響電池安全的各種因素，以及進一步提高鋰離子電池安全性的技術手段和措施。會上，清華大學歐陽明的高教授分析了動力電池熱失控的三個原因，并提出了一些解決方案和建議。

熱誘導

一般來說，所謂的熱誘導是外部高溫環境，包括外部火災、電池散熱不良等。在外部高溫下，由于鋰離子電池的結構特征，SEI膜和電解質會分解，電解質的分解產物也會與正極和負極發生反應，電池隔膜會熔化分解，由于各種反應產生大量熱量。隔膜的熔化導致內部短路，電能的釋放增加了熱量的產生。這種累積且相互增強的破壞作用將導致電池單元的防爆膜破裂、電解液噴出以及燃燒和火災的發生。

實驗數據表明，當電池單體溫度達到135℃時，隔膜開始熔化，電壓下降。電池電壓在150℃時迅速下降；當溫度高達245℃時，隔膜完全塌陷，電池就會起火。

在這方面，制造商可以從電池設計和BMS電池管理系統兩個方面來解決。從電池設計的角度來看，可以開發防止熱失控和阻斷熱失控反應的材料；

從電池管理的角度來看，可以預測不同的溫度范圍，以定義不同的安全級別，從而進行分類報警。

目前，市場上電動汽車的動力電池都包含熱管理系統，并采用風冷或水冷方案為電池散熱。對于用戶來說，有必要從使用習慣中消除熱激勵，例如避免陽光直射車輛、不在車內放置易燃材料等，同時始終保留車載滅火器，以消除自燃因素。此外，請始終注意儀表板或中央控制面板上的電池溫度信息。一般來說，電池的工作溫度在40℃到50℃之間，高于或低于這個溫度范圍都不利于電池的使用。

電化學誘導

電池制造中的雜質、金屬顆粒、充放電膨脹收縮、析鋰等都可能導致內部短路。這種內部短路發生得很慢，持續時間很長，不知道什么時候會失控。如果進行測試，則不能重復驗證。目前，世界各地的專家還沒有發現一種可以重復雜質引起的內部短路的工藝，他們都在研究。

要解決這個問題，首先要改進制造工藝，減少電池制造中的雜質。需要選擇產品質量好的電池制造商，然后對內部短路進行安全預測，并在熱失控發生之前找到內部短路的單體。這意味著必須找到單體的特征參數，并且可以首先開始稠度。電池不一致，內阻也不一致。只要找到中間有變化的單體，就可以確定。具體來說，普通電池的等效電路和具有微短路的等效電路實際上是相同的形式，但普通單體和微短路單體的參數發生了變化。可以對這些參數進行研究，以了解內部短路變化的一些特征。

在充滿電的電池的負極中嵌入了大量的鋰離子。過充電后，鋰沉淀在負極片上，出現針狀的鋰金屬晶體，刺穿隔膜，導致短路。在BMS電池管理系統中，總是有一種過充電保護策略。當系統檢測到電池電壓達到閾值時，它將關閉充電回路以保護電池。盡管在出廠前，制造商會對BMS進行一些性能測試，但為了防止事故的發生，仍然不建議用戶對電動汽車進行長時間充電，并選擇定期充電設備來消除過度充電的隱患。

機械和電氣誘導

碰撞是機械觸發熱失控的典型方式，即汽車碰撞事故造成的電池損壞。當電池損壞時，還會產生內部短路，并導致熱失控。然而，這種短路與電化學誘導引起的短路不同，機械損傷通常是瞬間發生的。與現實生活中的突發事故相對應，強烈的撞擊、側翻和擠壓都會在短時間內導致電池的機械損壞。

解決碰撞（機械）引起的熱失控的方法是做好電池的結構安全防護設計。為此，高歐陽明教授給出了四條設計路線：

1.裝配結構設計：采用塑料框架支撐，鋼帶預緊，高強度骨架的裝配結構；

可靠性設計：采用電池組隔振連接器，減少振動和磨損；彈性浮板保證了連接的可靠性；IP67防塵設計；

3防撞輕量化設計：防撞CAE結構優化；

滿足強度要求的電池模塊重量輕，方殼系統的質量群效率>：90%

4電池組定位鎖定技術：采用限位自鎖和單鎖機構，精確定位鎖定電池組。

與會專家認為，電動汽車電池應滿足性能和安全相關要求，安全測試驗證應滿足熱測試的安全要求（高溫危害、熱穩定性、無熱管理循環、熱沖擊循環和被動傳播阻力），電氣試驗（短路、過充電和過放電）和機械試驗（沖擊、跌落、刺穿、翻滾、浸入和壓碎）。然而，這并不意味著動力電池公司可以坐視不管。安全是永無止境的，提高電動汽車的安全性需要國家、科研機構和動力電池全產業鏈的共同努力。

在燃油車100多年的發展歷史中，事故頻發，挫折是一切的規律。因此，對于各類事故，電動汽車產業鏈不應停滯不前，而應審視和改進自身存在的問題和不足。同時，我們也應該意識到，消費者對安全的要求是無窮無盡的，安全應該是滿足所有功能的首要條件。5月6日至7日，由清華大學主辦的首屆全國鋰離子電池安全技術研討會在北京舉行。本次會議重點討論了動力電池的熱失控問題（主要是高溫熱失控），討論了影響電池安全的各種因素，以及進一步提高鋰離子電池安全性的技術手段和措施。會上，清華大學歐陽明的高教授分析了動力電池熱失控的三個原因，并提出了一些解決方案和建議。

熱誘導

一般來說，所謂的熱誘導是外部高溫環境，包括外部火災、電池散熱不良等。在外部高溫下，由于鋰離子電池的結構特征，SEI膜和電解質會分解，電解質的分解產物也會與正極和負極發生反應，電池隔膜會熔化分解，由于各種反應產生大量熱量。隔膜的熔化導致內部短路，電能的釋放增加了熱量的產生。這種累積且相互增強的破壞作用將導致電池單元的防爆膜破裂、電解液噴出以及燃燒和火災的發生。

實驗數據表明，當電池單體溫度達到135℃時，隔膜開始熔化，電壓下降。電池電壓在150℃時迅速下降；當溫度高達245℃時，隔膜完全塌陷，電池就會起火。

在這方面，制造商可以從電池設計和BMS電池管理系統兩個方面來解決。從電池設計的角度來看，可以開發防止熱失控和阻斷熱失控反應的材料；

從電池管理的角度來看，可以預測不同的溫度范圍，以定義不同的安全級別，從而進行分類報警。

目前，市場上電動汽車的動力電池都包含熱管理系統，并采用風冷或水冷方案為電池散熱。對于用戶來說，有必要從使用習慣中消除熱激勵，例如避免陽光直射車輛、不在車內放置易燃材料等，同時始終保留車載滅火器，以消除自燃因素。此外，請始終注意儀表板或中央控制面板上的電池溫度信息。一般來說，電池的工作溫度在40℃到50℃之間，高于或低于這個溫度范圍都不利于電池的使用。

電化學誘導

電池制造中的雜質、金屬顆粒、充放電膨脹收縮、析鋰等都可能導致內部短路。這種內部短路發生得很慢，持續時間很長，不知道什么時候會失控。如果進行測試，則不能重復驗證。目前，世界各地的專家還沒有發現一種可以重復雜質引起的內部短路的工藝，他們都在研究。

要解決這個問題，首先要改進制造工藝，減少電池制造中的雜質。需要選擇產品質量好的電池制造商，然后對內部短路進行安全預測，并在熱失控發生之前找到內部短路的單體。這意味著必須找到單體的特征參數，并且可以首先開始稠度。電池不一致，內阻也不一致。只要找到中間有變化的單體，就可以確定。具體來說，普通電池的等效電路和具有微短路的等效電路實際上是相同的形式，但普通單體和微短路單體的參數發生了變化。可以對這些參數進行研究，以了解內部短路變化的一些特征。

在充滿電的電池的負極中嵌入了大量的鋰離子。過充電后，鋰沉淀在負極片上，出現針狀的鋰金屬晶體，刺穿隔膜，導致短路。在BMS電池管理系統中，總是有一種過充電保護策略。當系統檢測到電池電壓達到閾值時，它將關閉充電回路以保護電池。盡管在出廠前，制造商會對BMS進行一些性能測試，但為了防止事故的發生，仍然不建議用戶對電動汽車進行長時間充電，并選擇定期充電設備來消除過度充電的隱患。

機械和電氣誘導

碰撞是機械觸發熱失控的典型方式，即汽車碰撞事故造成的電池損壞。當電池損壞時，還會產生內部短路，并導致熱失控。然而，這種短路與電化學誘導引起的短路不同，機械損傷通常是瞬間發生的。與現實生活中的突發事故相對應，強烈的撞擊、側翻和擠壓都會在短時間內導致電池的機械損壞。

解決碰撞（機械）引起的熱失控的方法是做好電池的結構安全防護設計。為此，高歐陽明教授給出了四條設計路線：

1.裝配結構設計：采用塑料框架支撐，鋼帶預緊，高強度骨架的裝配結構；

可靠性設計：采用電池組隔振連接器，減少振動和磨損；彈性浮板保證了連接的可靠性；IP67防塵設計；

3防撞輕量化設計：防撞CAE結構優化；

滿足強度要求的電池模塊重量輕，方殼系統的質量群效率>：90%

4電池組定位鎖定技術：采用限位自鎖和單鎖機構，精確定位鎖定電池組。

與會專家認為，電動汽車電池應滿足性能和安全相關要求，安全測試驗證應滿足熱測試的安全要求（高溫危害、熱穩定性、無熱管理循環、熱沖擊循環和被動傳播阻力），電氣試驗（短路、過充電和過放電）和機械試驗（沖擊、跌落、刺穿、翻滾、浸入和壓碎）。然而，這并不意味著動力電池公司可以坐視不管。安全是永無止境的，提高電動汽車的安全性需要國家、科研機構和動力電池全產業鏈的共同努力。

在燃油車100多年的發展歷史中，事故頻發，挫折是一切的規律。因此，對于各類事故，電動汽車產業鏈不應停滯不前，而應審視和改進自身存在的問題和不足。同時，我們也應該意識到，消費者對安全的要求是無窮無盡的，安全應該是滿足所有功能的首要條件。

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