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中科大汪箭:新能源汽車動(dòng)力電池火災(zāi)及防護(hù)研究

2018-07-23 10:26:07 電動(dòng)汽車資源網(wǎng)  點(diǎn)擊量: 評(píng)論 (0)
鋰離子電池?zé)崾Э匾坏┌l(fā)生,很難終止其反應(yīng),可在熱失控發(fā)生初期進(jìn)行階段性預(yù)警。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授汪箭在電動(dòng)汽車資源網(wǎng)舉辦的2018第二

“鋰離子電池?zé)崾Э匾坏┌l(fā)生,很難終止其反應(yīng),可在熱失控發(fā)生初期進(jìn)行階段性預(yù)警。”中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授汪箭在電動(dòng)汽車資源網(wǎng)舉辦的“2018第二屆中國(guó)新能源汽車測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)發(fā)展高峰論壇”上如是說。會(huì)上,他分析了新能源汽車動(dòng)力電池火災(zāi)成因,并提出防護(hù)措施。

鋰離子電池?zé)崾Э厥鹿试蚍治?/p>

近年來,鋰離子電池?zé)崾Э匾l(fā)的安全事故不在少數(shù),其中波音787飛機(jī)、特斯拉電動(dòng)汽車、三星Note7手機(jī)等事故的影響尤為廣泛。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授汪箭

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),近年來特斯拉在全球各地發(fā)生了多起車輛起火事故,.包括碰撞后起火、充電過熱起火、行駛自燃等。特斯拉鋰離子電池組橫跨車輛基座,一旦熱失控發(fā)生,會(huì)波及全車,特斯拉通過在底盤加裝鈦合金防護(hù)罩等措施來提高車輛的安全性。

另外像三星Note7事件,主要是電池缺陷造成內(nèi)部短路引發(fā)爆炸,而波音787飛機(jī)也發(fā)生過因?yàn)殡姵貎?nèi)短路,過熱導(dǎo)致起火。

汪箭表示,鋰離子電池事故的主要原因是熱失控導(dǎo)致的火災(zāi)和爆炸,表現(xiàn)形式為噴射、燃燒、爆炸,伴隨有毒有害氣體。他表示,目前缺乏對(duì)鋰離子電池有效的滅火技術(shù),從鋰離子電池本身的屬性看,即使短暫撲滅,其復(fù)燃性也非常高。所以鋰離子電池一旦發(fā)生熱失控,想要防控是比較難的。因此,分析鋰離子電池?zé)崾Э匕l(fā)展過程,研究電池內(nèi)部可燃組件熱安全性,提出預(yù)警、防護(hù)、抑制措施,對(duì)熱失控災(zāi)害的防控具有重要意義。

鋰離子電池?zé)崾Э嘏c大氣壓強(qiáng)、電池?cái)?shù)量、過充條件的關(guān)系研究

汪箭表示,熱失控發(fā)展有多個(gè)階段,熱失控一旦發(fā)生,通常被認(rèn)為是不可逆的。研究表明,海拔高度對(duì)鋰離子電池?zé)崾Э貢?huì)有顯著影響,高海拔環(huán)境下,同等受熱條件下,其熱失控發(fā)生時(shí)間相對(duì)于低海拔環(huán)境下會(huì)提前。也就是說,從人員安全的角度看,如果制定標(biāo)準(zhǔn)需要考慮高海拔條件,否則一旦電池發(fā)生熱失控,可能對(duì)高海拔環(huán)境下人員的逃生有不利影響。

通過研究電池組熱失控行為,監(jiān)測(cè)點(diǎn)火時(shí)間、質(zhì)量損失、熱釋放速率和火焰溫度等參數(shù)的變化情況發(fā)現(xiàn),質(zhì)量損失與電池?cái)?shù)量之間存在線性關(guān)系,而電池組的熱釋放量與電池?cái)?shù)目之間是指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。

過充條件下三元鎳錳鈷NMC電池與磷酸鐵鋰LFP電池的熱失控實(shí)驗(yàn)(充電截止電壓分別為:4.2V、4.5V、4.8V、5.0V)結(jié)果表明,過充加劇熱失控危險(xiǎn)性。

汪箭對(duì)以上研究進(jìn)行了簡(jiǎn)單小結(jié)。他表示,鋰電池?zé)崾Э噩F(xiàn)象可分為幾個(gè)階段,盡管熱失控難以避免,但利用不同階段的特征可對(duì)熱失控現(xiàn)象進(jìn)行階段性預(yù)警。

鋰離子電池可燃組件熱安全性研究

汪箭還列舉了電池內(nèi)部可燃組件如隔膜、電解液和電解液與電極材料混合體系的熱安全性研究結(jié)果。電解液燃燒特性的研究結(jié)果表明,電解液的質(zhì)量損失速率均值和峰值都與壓力呈正指數(shù)關(guān)系;正極材料與電解液體系的研究表明,鎳含量高的正極材料會(huì)促進(jìn)氧氣生成并降低電池的熱安全性,且截止電壓越高,電池反應(yīng)活性越大,然而,電解液添加劑對(duì)電池安全性的影響不明顯。

動(dòng)力電池火災(zāi)防護(hù)措施——冷卻作用、隔熱作用、窒息作用

汪箭表示,通常的滅火手段主要為冷卻、隔熱、窒息和終止化學(xué)反應(yīng)。

冷卻:電動(dòng)汽車冷卻系統(tǒng)通常是為了維持穩(wěn)定的動(dòng)力電池工作環(huán)境。希望利用電池管理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,在熱失控發(fā)展初始階段,利用冷卻系統(tǒng)對(duì)動(dòng)力電池工作環(huán)境進(jìn)行速冷降溫,以控制熱失控傳播速度。

隔熱作用:應(yīng)用耐火阻燃隔熱涂層,即可以提高電池組抵抗外部火焰的能力,也能在電池發(fā)生燃燒時(shí)延緩火勢(shì)蔓延。如波音787飛機(jī)的電池組8個(gè)單元之間,加上隔熱層,限制熱失控的傳播。

窒息作用:再以波音事件為例,波音787飛機(jī)的電池放進(jìn)更堅(jiān)固的鋼質(zhì)箱子里,起到隔絕外部氧氣和限制火勢(shì)蔓延的作用。

汪箭最后總結(jié)道,鋰離子電池?zé)崾Э匾坏┌l(fā)生,很難終止其反應(yīng),可在熱失控發(fā)生初期進(jìn)行階段性預(yù)警,可以采取不同防護(hù)手段抑制熱失控的傳播,如強(qiáng)化電池冷卻系統(tǒng)、覆蓋隔熱層、隔絕空氣窒息作用等。同時(shí)通過對(duì)隔膜、電解液、電極材料等可燃組件進(jìn)行改性,也可抑制熱失控過程中的鏈反應(yīng),提高鋰離子電池的安全水平。

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責(zé)任編輯:仁德財(cái)

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