Li+學(xué)社丨余華強深度解析：電池熱失控“短板”突圍
6月25日，由電池中國網(wǎng)主辦的第15期“Li+學(xué)社”大講堂在廣州成功舉辦。來(lái)自整車(chē)、電池、材料、設備、機構等20余家國內產(chǎn)業(yè)鏈主流企業(yè)技術(shù)大咖匯聚一堂，圍繞動(dòng)力電池安全設計、電池行業(yè)標準國際化建設、多形態(tài)電池安全研究和產(chǎn)業(yè)鏈安全協(xié)同等業(yè)界技術(shù)痛點(diǎn)進(jìn)行了深度交流和探討。
探究動(dòng)力電池的安全保障是業(yè)內關(guān)注的重要研究方向之一，在電池設計、預警和干預等方面均能起到前瞻性判斷支撐作用。在本期“Li+學(xué)社”大講堂上，國家化學(xué)與物理電源產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗中心技術(shù)總監余華強在題為“動(dòng)力電池安全研究的發(fā)展新方向”的專(zhuān)題報告中，深度闡釋了預測電池熱失控的技術(shù)路徑和功能應用。
圖為國家化學(xué)與物理電源產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗中心技術(shù)總監余華強在Li+學(xué)社做專(zhuān)題報告
余華強指出，“隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)電池比能量越來(lái)越高，動(dòng)力電池安全問(wèn)題可能出現‘木桶短板’效應，即任意一個(gè)安全短板都是制約電池整體安全性能的關(guān)鍵要素。因此，各方面的安全保障需要不斷提高?！?/p>
目前，動(dòng)力電池安全技術(shù)指標主要體現在以下三個(gè)方面：
第一，抗過(guò)充、抗擠壓穿刺等外部應力引發(fā)電池熱失控的安全設計。此類(lèi)安全設計指標包括預防性設計、傳感器設計等多方面。
第二，基于電池電芯材料安全性、電芯制造一致性等為電芯本體安全性的安全設計。
第三，基于電池抗外部熱量誘發(fā)熱失控的安全性設計，此類(lèi)設計包括傳熱通道設計，熱阻隔設計和主動(dòng)干預設計等。
電池熱失控仿真技術(shù)則是提高動(dòng)力電池系統內部安全性，應對電池熱失控而產(chǎn)生的新型安全保障應用技術(shù)。
在應對外部應力熱失控的問(wèn)題上，余華強表示，雖然不少企業(yè)已經(jīng)從電池箱體、傳感器等方面做了預防性設計和監測，并配合主動(dòng)干預的方案，但預判依據尚顯不足，且基于此的干預方案自然有待完善。
實(shí)際上，由于電池包內電芯數量之多，傳感器的數據主要采集自電池的大體溫度和電壓等，與熱失控電芯的實(shí)際復雜情況相比，在準確度和時(shí)效性等方面，均可能存在較大差異。
為解決此項差異，需要有表征電芯內部熱失控的關(guān)鍵指標變化作為依據，支持部分整車(chē)廠(chǎng)通過(guò)采取液冷等主動(dòng)干預的方案做降溫處置，從而提升干預處置能力的短板。
在應對電池本體安全問(wèn)題上，“平?？傉f(shuō)磷酸鐵鋰會(huì )好一些，那么究竟好在哪里呢?”余華強拋出的這一問(wèn)題，引得與會(huì )者紛紛翹首聆聽(tīng)。
他指出，驗證不同材料在電池熱失控時(shí)的變化影響，主要聚焦于材料的安全性和它溢出氣體組分的安全性，這個(gè)驗證過(guò)程也可以利用熱失控仿真策略進(jìn)行熱失控模擬，獲得材料的安全性評估。
不難看出，不管是外部應力熱失控，還是電池本體熱失控，如果融入電池熱失控仿真技術(shù)，或將事半功倍地提升電池安全表現。不僅如此，電池熱失控仿真本身還是保障電池內部安全的重要指標和策略。
“電池熱失控溫度點(diǎn)是BMS設計的核心數據。比如對于NCA材料，添加錳進(jìn)去變成了NCAM，這一技術(shù)革新可能產(chǎn)生幾十種新配方，再和電解液做正交分析的話(huà)，變量就更大了，那么實(shí)驗人員如何知道添加錳之后，對電池熱失控的邊界溫度有沒(méi)有影響呢?”余華強指出，“此時(shí)如果完全靠做實(shí)驗，不僅難度大，而且工作是巨量的。所以需要用熱失控仿真先做大規模篩選后，再做實(shí)驗，然后再用實(shí)驗來(lái)驗證支撐熱失控仿真的結果。
余華強進(jìn)一步表示，電池熱失控仿真應用大有可為。一是檢驗原材料適用性，如上面提到的加錳后的熱失控仿真，可以事半功倍地提高驗證效率和規模，還可以和實(shí)驗結果相互驗證。而且不止是加猛，添加或改變其他任何原材料，這一技術(shù)均可應用其中。
二是獲得電池熱失控的邊界溫度點(diǎn)。在電池設計周期內就可以評估這一重要的溫度指標，從而提早實(shí)施干預。
三是區分后果等級和風(fēng)險幾率。很多實(shí)際案例表明，電動(dòng)汽車(chē)出現電池安全問(wèn)題大概有70%-80%是在SOC接近百分之百的情況下。那么有沒(méi)有數據來(lái)向整車(chē)廠(chǎng)說(shuō)明，“電池不充滿(mǎn)”的安全性高于充滿(mǎn)狀態(tài)呢?“實(shí)際上，還是應該做電池熱失控仿真，看一看SOC在建立到什么程度的情況下，它的溫度升高是能夠被容忍的?！庇嗳A強分析道。通過(guò)電池熱失控仿真，區分不同溫度變化區間所產(chǎn)生的風(fēng)險，便于干預處置方案的制定。
值得注意的是，應急冷卻，是目前很多整車(chē)廠(chǎng)在發(fā)生電池熱失控后，為了防止發(fā)生更多次生問(wèn)題的主要干預策略。但是，如果通過(guò)干預處置，熱失控的“熱”雖然被迅速抑制住，是否就能夠保證避免發(fā)生其他次生危險呢?這一點(diǎn)也可以結合熱失控仿真來(lái)驗證。另外，采用液冷，還是其他應急冷卻策略，都需要更多數據驗證。
此外，電池包內不同位置電芯的熱失控所產(chǎn)生的不良后果可能相差千里，因此，運用不同點(diǎn)位的熱失控仿真將大幅度提高熱失控結果預判的準確度和時(shí)效性。
總體上，當非常重要的電池安全保障遇上極多變量后，電池熱失控仿真應用或將成為“動(dòng)力電池安全研究的發(fā)展新方向”，而且實(shí)用范圍廣闊，其對電池產(chǎn)業(yè)的影響值得期待!
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