電池熱失控是如何發生的?

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什麼是熱失控?

熱失控是一個因溫度升高而加速的過程,從而釋放能量以達到更高的溫度,如果不及時解決,通常會導致各種破壞性後果。

這種現象發生在幾個領域。 天體物理學中失控恆星引起的核聚變反應導致新星和幾種類型的超新星爆炸。 在土木工程中,當大量固化混凝土釋放的熱量不受控制時,也會發生熱失控。

但這些類型的熱失控仍然是少數,更多的熱失控發生在化學和電氣工程領域。 強烈的放熱反應因溫度的升高而加速,其應用大多發生在電池的使用中,往往伴隨著爆炸和火災。

什麼是電池的熱失控
什麼是電池的熱失控

什麼是電池熱失控?

當電池由於某些故障或處理不當,電池開始不受控制地引起各種連鎖反應。 這時,電池的內部溫度已經超過了電池所能承受的最高溫度,而且往往會散發出大量的熱量。 在更糟糕的情況下,它可能會爆炸或引起火災。它更頻繁地發生在鋰離子電池中,尤其是在電動汽車和手機應用中。

在熱失控中,電池的溫度會迅速升高(以毫秒為單位),並且存儲的電池能量的連鎖反應會產生極高的溫度(約 752 華氏度/400 攝氏度——典型消防室的溫度)。

過程

電池的熱失控往往從電芯中負極SEI膜的分解開始,然後隔膜分解熔化,使負極與電解液發生反應,然後正極和電解液會發生反應。被分解,導致內部大面積短路,導致電解。 液體燃燒,然後擴散到其他電池,造成嚴重的熱失控,導致整個電池組自燃。

(SEI膜:SEI膜是在鋰電池第一次充電過程中形成的。負極材料與電解液反應形成的鈍化膜,其作用一方面是對負極材料進行包覆,同時保護其結構免受損壞;另一方面,它允許鋰離子穿過並嵌入負極材料中。)

電池熱失控的原因及建議

過度充電

電池過度充電超過其最大安全電壓,不僅會損壞電池本身,嚴重時還會引發火災。 2022年中國也發生過類似事件,原因是純電動客車過充引發電池熱失控,電池管理系統本身缺乏過充電路的安全功能。

方法建議:查找充電器的故障,可以通過充電器的全冗餘來解決。 其次,要觀察自家電池所搭載的電池管理系統是否符合規定,例如能否監控各個電池的電壓。

溫度太高

溫度過高也是電池熱失控的原因。 由於電池的選型和熱設計不合理,造成電池內部短路,也需要避免外部誤操作造成電池短路。

考慮到電池設計材料,開發了防止熱失控或阻斷這種現象反應的材料。從電池管理的角度,實現溫度安全預警,實現電池危險預警。

在過去的幾年裡,“非燃燒電池”已成為中國的新趨勢。 業內一直存在“鐵鋰和三元誰更安全的大討論”。 最早由寧德時代、比亞迪等企業發起
斯沃爾特。 與此同時,中國車企開啟了“不著火、不冒煙、不爆炸”的道路。 目前,科恆是“永不火”的應用 磷酸鐵鋰電池.

內部短路

2006 年,一架波音 787 因電池爆炸起火. 原因可能是由於電極和隔膜中存在金屬物體造成的內部短路,但專家無法準確確認是否是原因。

要解決這個問題,最好找產品質量好的電池廠家。 選用的電池管理系統(BMS)合規,能夠及時檢測電池內部短路。

外部碰撞引起的

碰撞是觸發熱失控的典型方式。 針對中國多起特斯拉汽車起火事件,清華大學和麻省理工學院聯合對特斯拉在美國的撞車事故進行了分析。

除了操作人員的正確操作外,該方法的解決方案還需要對電池進行安全保護設計,這可能需要研發人員更好地了解工藝原因。

結論

目前市面上的BMS監控已經成熟,包括電池電壓、電池電流、電池溫度、電池充電平衡、充電控制、內部短路檢測等監控管理。 從材料到安全設計的電池熱失控管理檢測的實現,慢慢帶動了整個電池行業的健康發展。

如果您使用的是鉛酸電池,當電池發生內部短路時,會產生足夠的熱量導致內部酸沸騰,您聞到的只有臭雞蛋——硫磺味。 雖然這不會引發火災,但溢出電池酸液的危險遠大於任何火災或爆炸。 (所以我建議大家如果買鉛酸電池,盡量選擇優秀的廠家)

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