鉅大LARGE | 點擊量：1399次 | 2020年01月16日
從專利看CATL/BYD如何防范電池熱失控
隨著動力電池能量密度越來越高，安全防控要求也越來來越高。
關于安全防控，主要是電池的熱失控。熱失控，是電池溫度達到一定值后，系統(tǒng)不可控，進而直線上升，起火燃燒。誘發(fā)熱失控的因素各種各樣，有過熱、過充、內短路、機械碰撞等。
從單體電池層面看，其內部包括多個極芯單元。一旦電池面臨熱失控威脅，極芯單元的熱量會依次傳遞。
比如遭受外部火燒時，最接近火焰的極芯單元受熱失控后，將依次傳遞給相鄰的極芯，接二連三的引發(fā)單體電池整體完全失控。
對電池模組及電池包而言，單體電池發(fā)生熱失控后，會快速的形成高溫及火苗。然后在整個電池系統(tǒng)中蔓延，其破壞力極強，容易引發(fā)極大的安全事故。
現(xiàn)有的動力電池及模組設計方案中，單體電池的采樣僅單純對電壓、以及部分單體電池的溫度信號進行采集和傳輸，無法有效、準確地向外界提供和傳遞熱失控信號。同時也不能大幅度減緩熱失控的傳播速度。
涉及熱失控方面研究的動力電池公司有CATL（寧德時代）、BYD(比亞迪)、合肥國軒、中航鋰電、億緯鋰能、珠海冠宇、微宏動力等。
高工鋰電查閱最新專利，發(fā)現(xiàn)其中典型代表有寧德時代和比亞迪，分別代表兩種解決動力電池熱失控思路。
相同點是，寧德時代和比亞迪都意識到單體電池是引發(fā)熱失控的最大風險，全都是從單體電池出發(fā)去解決。
不同點是寧德時代在專利上傾向于用熱敏電阻，通過傳遞熱失控信息來預警。比亞迪則安裝隔熱層，阻礙和減緩熱失控速度，降低電池熱失控風險，提高電池模組及電池包的安全性。
寧德時代：熱敏信號傳遞
寧德時代發(fā)明的一種電池模組及電池包專利，能夠提供單體電池的熱失控提示信號。
如圖1所示，寧德時代發(fā)明的專利結構中，熱敏組件位于蓋板與單體電池之間。同時熱敏組件與電池管理系統(tǒng)BMS模塊連接。
具體過程是當單體電池發(fā)生熱失控時，其防爆閥爆噴使熱敏組件受熱。熱敏組件中的熱敏導線在受到加熱的部分會轉變?yōu)槿廴跔顟B(tài)，從而斷開或熔融搭接，形成斷路或短路的信號。
該短路或者斷路信號作為提示信號，能準確有效地向外界傳遞單體電池發(fā)生熱失控的信息，使得電池模組在使用中具有熱失控預警性能。
另外當單體電池發(fā)生熱失控時，蓋板具有防火和隔熱能力，可避免單體電池熱失控形成的火苗蔓延至電池模組外，提高電池模組在使用中的安全性。
還有熱敏組件與蓋板可以模塊化集成設計。標準模塊化的設計能更大程度的實現(xiàn)生產通用性、裝配一致性，以及保證不同設計方案的可操作性。
同時由于標準化，模塊化，能減少電池模組產品的設計成本以及加快單一產品的生產效率，可有效降低物料的成本。
圖1寧德時代電池組結構
（1-電池模組，13-熱敏組件，111-單體電池，1111-防爆閥，12-蓋板）
比亞迪：隔熱層阻斷
比亞迪發(fā)明的電池極芯及電池模組專利，提供一種單體電池，能提高電池包整體的熱穩(wěn)定性，降低熱失控速度，從而避免電池包熱失控。
該項專利的單體電池，是由多個極芯并聯(lián)，加電池蓋板以及外殼等輔助元件構成。
其單一極芯外側表面堆疊布置有隔熱層。隔熱層能隔絕熱量的進一步傳播，增加單體電池對熱危害的抵抗性。
這樣單個電池發(fā)生熱失控，由于隔熱層阻擋，其熱失控就會受到控制。
一方面熱量不能直接傳遞給相鄰單體電池，降低電池模組及電池包的熱失控風險，提高電池包安全性能。
另一方面單體電池內部極芯的熱量不能直接傳遞給相鄰電池極芯，從而降低單體電池內部熱失控傳播速度。
值得注意的是，該專利中極芯外側表面的隔熱層是依次交替布置，能夠確保單體電池的電化學性能和能量密度，不會影響各項性能正常發(fā)揮。
圖2電池極芯簡圖（網站不清，未找到清晰圖）
參考文獻：
[1]寧德時代新能源科技股份有限公司電池模組及電池包[P].CN209822756U2019-12-20
[2]惠州比亞迪實業(yè)有限公司電池極芯及其單元、單體電池、電池模組、電池包和車輛[P].CN209843865U2019-12-24
