热失控实验的过程与情况.docx

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热失控实验的过程与情况研究整包热失控实验是很贵的，整包样件的费用、配置探测电压、温度实验设备都是一笔不菲的开支，特别是大容量电芯和模组样件（淘宝上有些）还不太好买；所以很多研究者主要以18650&21700的案例为主。最近有个很有意思的案例，是清华大学汽车安全与节能国家重点实验室的ShangGao，在《ExperimentalStudyonModule-to-ModuleThermalRunaway-PropagationinaBatteryPack》一文里面披露了一个实验包和部分实验数据，我们来仔细看一看这个里面的数据和现象。备注：我把文章里面的温度和事件参数抽出来做了整理，可参见原文仔细读一读01热失控实验对象参数和试验搭建 这个电池包是一项联合研究，由车企所提供，整个配置为13kWh，成组为96S1P，采用8个VDA的PHEV2的模组，布置时候采用双层结构，上下两层各4个模组。热量这个测试的目的，是希望在底下的一层选一个激发单电芯热失控模组，然后仔细分析评估左右和整包的热失控的过程。如下图所示，这里面加入了温度传感器，并且模组的压力是变小了，只用外部的简易固定装置来处理。实际的电池模组的压力和约束，会在电芯膨胀的时候产生不小的影响，这里会有一个实验搭建带来的差异点。在这个PHEV的电池系统里面所选择的模组为标记为DUT，我们观察的对象是模组的左侧模组和上层模组，右侧由于有一根梁做了一些物理上的隔断，整体的蔓延过程相对慢一些。电池系统整个实验过程可以分为，一开始主要是在选择的DUT的模组内进行热蔓延，持续时间大约40分钟，然后在接下来的10分钟左右，左侧相邻和上方的模组开始出现很快的热蔓延，最后扩展为整个电池系统的燃烧。02单个模组内的热失控基本过程 之前冯博做了很多的工作，也对这个过程建立了比较详细的模型和机理的分析，这里只是进一步描述一些现象。DUT模组内各个电芯热失控的规律，我重新做了整理：黄色线是模组相邻被激发电芯的温度，灰色线是没有热失控前的温度，蓝色的线是电芯相继出现热失控的间隔时间。也就是说，实际在热失控过程中一旦开阀以后，电池表面温度在400°C到550°C之间，平均温度495°C；电芯表面温度在100°C到200°C之间，平均温度144°C，会发生热失控。这里的模组里面每个电芯之间是加了隔热材料的，如下所示，所以整体的结果是在60分钟以后传递到第二个模组备注：这个表面温度其实有些不准确，后面会分析的03相邻模组的热失控传播热失控上方的第二个模组是在66分钟以后出现连锁的热失控的情况，第三个模组68分钟以后出现问题，而这一次在高温烘烤下，模组的热失控的过程都在10分钟完成了。如下图所示，在一定条件下整个热失控的过程是无序的，下方喷阀火焰直接对上方的水冷板进行了烘烤备注：我们可以看到环境温度其实对模组内电芯热失控有影响，而直接的火焰和烟气如果处理不善，哪怕有水冷板最终的结果也会使得电芯热失控三个模组内的相邻触发事件差异我们可以看到这个温度点差异是有的，特别是有以下的一些考虑：相邻模组：相邻模组的速度，由于有模组间直接相连的母线排连接，使得这一组的电芯表面温度很低就直接开阀了，甚至温度还没到我们预期的温度双层模组设计即使通过支架和水冷板隔开，如果喷阀过程没有考虑过隔热设计，这一个个电芯开阀的温度就直接对着金属支撑结构和水冷板喷火，最终的结果是吸收大量的热量，并且很均匀，使得表面温度不高的情况下，也会很早开阀三个模组的传播过程概览这个是抓出来的温度突变点，也就是电芯的表面热失控之前的那一刻的温度情况。总的来说，NCM111的耐温性还是很好的，523要打折，811则更要打折了。所以实际上，我们如果想用模组的温度传感器抓住这个温度的变化，有一些困难，设计的NTC在这个过程中由于烟气的原因，要么响应不及时，要么那时候已经损坏了，要仔细考虑NTC在这种破坏性的条件下怎么处理，我觉得可能的办法，可能是建立一些类似感温线这样的特殊选型的NTC来应对这个特殊温度的采集，这个之前我也提过。三个模组内的热失控温度点小结：我们在这类37Ah（164Wh/kg且容量有限，并且是1P的使用）的经典的设计中通过合理的布局，是完全可以控制住整个热失控蔓延的过程，但是我们发展的方向是追求能量密度，追求体积利用率，这就带来我们会失去足够的间隙，失去足够的缓冲空间，这里还是一个平衡，如何在一个范围内使得电芯不蔓延。（作者：朱玉龙）。