电池热失控是如何发生的?

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什么是热失控?

热失控是一个因温度升高而加速的过程,从而释放能量以达到更高的温度,如果不及时解决,通常会导致各种破坏性后果。

这种现象发生在几个领域。 天体物理学中失控恒星引起的核聚变反应导致新星和几种类型的超新星爆炸。 在土木工程中,当大量固化混凝土释放的热量不受控制时,也会发生热失控。

但这些类型的热失控仍然是少数,更多的热失控发生在化学和电气工程领域。 强烈的放热反应因温度的升高而加速,其应用大多发生在电池的使用中,往往伴随着爆炸和火灾。

什么是电池的热失控
什么是电池的热失控

什么是电池热失控?

当电池由于某些故障或处理不当,电池开始不受控制地引起各种连锁反应。 这时,电池的内部温度已经超过了电池所能承受的最高温度,而且往往会散发出大量的热量。 在更糟糕的情况下,它可能会爆炸或引起火灾。它更频繁地发生在锂离子电池中,尤其是在电动汽车和手机应用中。

在热失控中,电池的温度会迅速升高(以毫秒为单位),并且存储的电池能量的连锁反应会产生极高的温度(约 752 华氏度/400 摄氏度——典型消防室的温度)。

过程

电池的热失控往往从电芯中负极SEI膜的分解开始,然后隔膜分解熔化,使负极与电解液发生反应,然后正极和电解液会发生反应。被分解,导致内部大面积短路,导致电解。 液体燃烧,然后扩散到其他电池,造成严重的热失控,导致整个电池组自燃。

(SEI膜:SEI膜是在锂电池第一次充电过程中形成的。负极材料与电解液反应形成的钝化膜,其作用一方面是对负极材料进行包覆,同时保护其结构免受损坏;另一方面,它允许锂离子穿过并嵌入负极材料中。)

电池热失控的原因及建议

过度充电

电池过度充电超过其最大安全电压,不仅会损坏电池本身,严重时还会引发火灾。 2022年中国也发生过类似事件,原因是纯电动客车过充引发电池热失控,电池管理系统本身缺乏过充电路的安全功能。

方法建议:查找充电器的故障,可以通过充电器的全冗余来解决。 其次,要观察自家电池所搭载的电池管理系统是否符合规定,例如能否监控各个电池的电压。

温度太高

温度过高也是电池热失控的原因。 由于电池的选型和热设计不合理,造成电池内部短路,也需要避免外部误操作造成电池短路。

考虑到电池设计材料,开发了防止热失控或阻断这种现象反应的材料。从电池管理的角度,实现温度安全预警,实现电池危险预警。

在过去的几年里,“非燃烧电池”已成为中国的新趋势。 业内一直存在“铁锂和三元谁更安全的大讨论”。 最早由宁德时代、比亚迪等企业发起
斯沃尔特。 与此同时,中国车企开启了“不着火、不冒烟、不爆炸”的道路。 目前,科恒是“永不火”的应用 磷酸铁锂电池.

内部短路

2006 年,一架波音 787 因电池爆炸起火. 原因可能是由于电极和隔膜中存在金属物体造成的内部短路,但专家无法准确确认是否是原因。

要解决这个问题,最好找产品质量好的电池厂家。 选用的电池管理系统(BMS)合规,能够及时检测电池内部短路。

外部碰撞引起的

碰撞是触发热失控的典型方式。 针对中国多起特斯拉汽车起火事件,清华大学和麻省理工学院联合对特斯拉在美国的撞车事故进行了分析。

除了操作人员的正确操作外,该方法的解决方案还需要对电池进行安全保护设计,这可能需要研发人员更好地了解工艺原因。

结论

目前市面上的BMS监控已经成熟,包括电池电压、电池电流、电池温度、电池充电平衡、充电控制、内部短路检测等监控管理。 从材料到安全设计的电池热失控管理检测的实现,慢慢带动了整个电池行业的健康发展。

如果您使用的是铅酸电池,当电池发生内部短路时,会产生足够的热量导致内部酸沸腾,您闻到的只有臭鸡蛋——硫磺味。 虽然这不会引发火灾,但溢出电池酸液的危险远大于任何火灾或爆炸。 (所以我建议大家如果买铅酸电池,尽量选择优秀的厂家)

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