鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:455次 | 2023年09月11日
動(dòng)力鋰離子電池起火原由詳解
1電動(dòng)汽車起火案例分解
電動(dòng)汽車起火案例分解聲明,起火原由大多是由于動(dòng)力鋰離子電池熱失控所致。通過(guò)對(duì)某型電動(dòng)汽車一年起火時(shí)間分解,發(fā)今朝溫度較高的5-八月,起火案例起數(shù)占總數(shù)的52%以上,環(huán)境溫度過(guò)高是動(dòng)力鋰離子電池起火的因素之一;從該電動(dòng)汽車起火案例中車輛運(yùn)行狀態(tài)統(tǒng)計(jì)還發(fā)現(xiàn),充電過(guò)程中起火占比為68%,行駛過(guò)程起火占比為20%,靜止和其他情況下起火占比為12%。
2動(dòng)力鋰離子電池?zé)崾Э匕l(fā)活力制
電動(dòng)汽車使用過(guò)程是動(dòng)力鋰離子電池的充放電循環(huán)過(guò)程,會(huì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。由于負(fù)極表面SEI膜的熱穩(wěn)定特性,當(dāng)溫度達(dá)到120~140℃時(shí)會(huì)發(fā)生熱分析。SEI膜分析會(huì)使負(fù)極裸露,筆直與電解液接觸,發(fā)生劇烈的還原反應(yīng),并放出大量可燃性氣體,同時(shí)釋放出大量的熱。
當(dāng)SEI膜分析釋放的熱使電芯溫度達(dá)到180~200℃時(shí)候,正極開始發(fā)生分析。正極分析過(guò)程中釋放原子態(tài)氧,原子態(tài)氧的活性很高,會(huì)筆直導(dǎo)致電解液劇烈氧化分析,短時(shí)間內(nèi)電芯積聚大量的熱。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
當(dāng)溫度過(guò)高或充電電壓過(guò)高時(shí),發(fā)生潛在的放熱副反應(yīng),熱量集中時(shí),電芯溫度和壓力急劇上升,導(dǎo)致熱失控發(fā)生,其中正極熱分析量最大。不同正極材料的電芯熱穩(wěn)定性不同,三元材料的電芯熱分析相對(duì)較低,磷酸鐵鋰在200~400℃時(shí)基本不分析,隨著鎳含量的新增,高鎳三元正極熱分析溫度越來(lái)越低,放熱量越來(lái)越大,溫度在120℃左右就開始發(fā)生熱分析。
當(dāng)動(dòng)力鋰離子電池散熱性能不達(dá)標(biāo),化學(xué)反應(yīng)釋放的熱量使溫度升高,促使化學(xué)反應(yīng)速率呈指數(shù)級(jí)增大,系統(tǒng)進(jìn)入自加溫狀態(tài),發(fā)生熱失控。另外,電芯都裝配有泄壓閥,動(dòng)力鋰離子電池也會(huì)配備防爆閥,當(dāng)電池壓力達(dá)到6~8Pa時(shí)會(huì)泄壓。在泄壓過(guò)程中,電解液的閃點(diǎn)很低,電解液蒸氣在噴出時(shí),與防爆閥的摩擦足以導(dǎo)致動(dòng)力鋰離子電池燃燒。由此可見,動(dòng)力鋰離子電池起火的特點(diǎn)是不會(huì)發(fā)生劇烈爆炸,但具有燃燒迅速的特點(diǎn)。
3動(dòng)力鋰離子電池起火過(guò)程
為驗(yàn)證電動(dòng)汽車動(dòng)力鋰離子電池的起火過(guò)程,筆者與研究人員進(jìn)行了某型號(hào)動(dòng)力鋰離子電池的熱失控過(guò)程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括電池組監(jiān)控上位機(jī)、加熱片、萬(wàn)用表等。動(dòng)力鋰離子電池參數(shù),見表2所示。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括:電池模組和電池組的單顆電芯熱失控發(fā)生的條件;熱失控后擴(kuò)散的進(jìn)程和范圍;電池組進(jìn)水后的放電情況及放電過(guò)程中出現(xiàn)的異常情況。實(shí)驗(yàn)過(guò)程的數(shù)據(jù)與現(xiàn)象,見表3所示。
使用加熱片對(duì)動(dòng)力鋰離子電池中的單顆電芯進(jìn)行1.7h加熱。加熱1h時(shí),溫度到達(dá)125℃,后續(xù)溫度一直保持不變,其間電芯有炸裂聲,但聲音不分明。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,該電芯防爆閥開啟,沒(méi)有發(fā)生爆炸和引起周邊電芯熱失控,電池組完好,如圖2所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果聲明,單電芯熱失控不一定會(huì)引起整包熱失控。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
使用加熱片對(duì)動(dòng)力鋰離子電池模組中間處的電芯進(jìn)行加熱,見表4所示。在加熱5min后,開始出現(xiàn)異常現(xiàn)象,此時(shí)溫度為185.6℃,在9min后停止加熱,由于反應(yīng)不斷進(jìn)行,模組溫度達(dá)到512.3℃時(shí)出現(xiàn)明火,火勢(shì)迅速蔓延至整個(gè)模組,如圖3所示。
使用加熱片對(duì)動(dòng)力鋰離子電池中的模組進(jìn)行加熱,電芯在受熱到210℃時(shí)發(fā)生劇烈反應(yīng)(此過(guò)程4min左右),出現(xiàn)泄氣或炸裂現(xiàn)象,同時(shí)1min內(nèi)周邊電芯開始發(fā)生連鎖反應(yīng),發(fā)生間斷炸裂。12min后,電池組內(nèi)壓強(qiáng)新增,電池出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。電池組泄壓導(dǎo)致電池組內(nèi)劇烈反應(yīng)出現(xiàn)明火,歷時(shí)20min左右,說(shuō)明動(dòng)力鋰離子電池起火具有火勢(shì)猛厲、蔓延迅速的特點(diǎn)。