熱失控擴(kuò)散的防御措施有哪些

在目前的熱失控擴(kuò)散的防御措施里面，核心的還是談性價比，模組和 Pack 層面，前者花的成本更多一些，需要很多的措施來在第一個電芯出現(xiàn)熱失控之后就地阻止第二個電芯熱失控，在最近幾個月 BMW 有關(guān)電池模組安全專利里面有一些想法，我覺得我們可以看一看。

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模組層面措施的有效范圍

從模型角度來看

在之前的 DR SEBASTIAN SCHARNER《QUANTITATIVE SAFETY CHARACTERIZATION OF LI-ION CELLS》里面我們可以把一部分的事情確認(rèn)好。

我們的控制對象是一個滿電 100%SOC 下的電芯，在一定的環(huán)境溫度下在熱失控條件下蘊(yùn)含的熱量，一部分化為煙氣，一部分留在本體。

熱量

所以我們在這個里面，一個核心的事情，就是先把煙氣攜帶的那部分熱量盡可能離受傷害的區(qū)域遠(yuǎn)一些，在這個設(shè)計中首要的事情就是讓這個氣體能出來，但是盡快有地方擴(kuò)散。

在以下的示例中，在第四個電池單體 4 中發(fā)生內(nèi)部短路，由此電池單體熱失控開始，單體壓力升高，殼體達(dá)到一定內(nèi)壓起， 泄壓閥打開高壓的氣體達(dá)到上方的屏蔽隔離板上面，打開設(shè)計的位置往左右進(jìn)行擴(kuò)散，高溫的氣體的熱量通過屏蔽隔離板進(jìn)行分離，使得這部分熱量與臨近的電芯形成耦合

備注：這個屏蔽隔離層最主要的作用是熱隔離，可能由云母板構(gòu)成，這個通口的位置可以根據(jù)壓力打開方式設(shè)計結(jié)構(gòu)

而另一個很重要的事情就是附近電芯的隔離，這里從熱的角度來看，是在單個電芯持續(xù)發(fā)熱和慢慢釋放熱量的過程中，另一個電芯從正面和極耳的溫度能夠堅持在被引燃的臨界點之內(nèi)。

這個設(shè)計在我們的考慮來看，在模組內(nèi)電芯間隔方面就需要考慮在這個泄壓過程中，電芯的結(jié)構(gòu)往兩邊會有一個很大的壓力。

所以極端的設(shè)計條件下，專利甚至使用一個金屬的應(yīng)急容納冷媒的冷卻片用來主動在這種意外條件下對電芯進(jìn)行速凍

根據(jù)電芯的不同，我們目前能做的事情如下圖所示，在最壞條件下把溫度在一定時間抑制在 10-15 分鐘，在比較好的條件下能讓這個過程不連續(xù)下去，本身這個事情就有邊界。

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影響的因子

能量密度

所有的這一切都圍繞著電池在不同狀態(tài)下的釋放情況，所以能量密度和電芯的化學(xué)體系決定著我們的困難有多大，能量密度越高，電芯的設(shè)計決定著電芯噴出去多少，什么溫度要觸發(fā)下一個電芯。

在原有的電芯尺寸下面，更高的能量密度意味著電芯本體的表面溫度越來越高，也意味著我們對材料的隔熱系數(shù)和堅持的時間都要提高。本身我們對于材料的厚度、重量和成本又有限制。

如果我們要期望電芯在一個熱失控開始，到這個受損電芯結(jié)束，對于這個電芯所處在的狀態(tài)都有限制，如果它的能量密度越高，我們可能把它限定在一定的容量，一定的 SOC 和需要更多厚度的隔熱板，甚至應(yīng)急的冷媒管去冷卻它。

小結(jié)：短期內(nèi)我們能比的是時間，可能往前看比的是在同樣的電芯下面對于這個破壞性精確的把握和隔離。
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