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電動汽車論壇 電動汽車論壇-電動汽車網 『 電芯&成組 』 寧徳時代的電芯自加熱熱失控觸發研究
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寧徳時代的電芯自加熱熱失控觸發研究 精華 1  [復制鏈接]

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原創: 知化小編  知化汽車


通常觸發電芯熱失控的測試方法包括:針刺,過充和外加熱,這三類方法也是國內外主要機構所研究的方案。各有其優缺點,也有其適用的場景,后兩者需要不斷地引入外部能量,這在一定程度上來說是不經濟,也是低效的。


大概是從去年開始,寧徳時代提出了一種自加熱的熱失控觸發方案(self-heating后改為self-triggering),并與中汽研在全球電動汽車技術標準制定上進行推薦。這個方法與寧徳時代在今年法蘭克福展上提到的電池自加熱技術可能是基于同樣的思路,在低溫環境下,采用這種自加熱技術,能夠讓電池系統在15分鐘內,從-20°C 升高至 10°C,差不多2°C/分鐘。


自加熱觸發的測試準備如下圖示意,外接電阻通過導線與電芯的正負極相連,回路上設計有開關,以控制電阻加熱的開斷,外接電阻的面積要小于電芯大面面積;溫度傳感器分別布置在電芯的兩側大面;電芯與(模組)端板之間有隔熱墊,如果是單電芯測試,則電芯與夾具之間布置隔熱墊。


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這個測試與外接短路測試很類似,都需要接電阻,不過電阻大小有別。因此,電阻的大小和選擇是該測試的一個重點。寧徳時代對電阻的特性給出了一個基本的要求,如下,并根據自家電芯的試驗,給出了一個40mhom的參考值。這個參考值來源于穿刺過程中對短路電阻的計算,并對50mhom80mhom的電阻進行了對比測試,表明這個值是相對有效的。


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另一個關鍵因素是觸發能量,即初始電芯的能量(SOC),發生熱失控時的能量(SOC),寧徳時代所做的測試中,后者/前者的比例大概是80%。關于能量,還有一個比較有趣的數值,即整個過程中能量轉移的情況,包括到發生熱失控前,總的釋放能量是多少Q、電阻消耗的能量是多少Qa、散發至空氣中的能量是多少Qb、熱輻射的能量是多少Qc。根據寧徳時代的單個電芯測試、PACK測試,后三者之和/總釋放能量Q的比率大概不超過5%


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目前,該方法已經在電芯、模組、PACK三個層級進行了驗證,均能夠達到觸發熱失控的要求,并且更容易控制。


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自加熱觸發熱失控的開關是需要人為控制的,在發生熱失控時就關斷。這在電池系統的自加熱系統中應該會通過BMS來自動控制,根據環境或采集到的電芯溫度,BMS來判斷是否閉合回路,啟動自加熱。


早在2016年,賓夕法尼亞州大學在Nature上發表過一篇類似的自加熱技術文章,不過,它的自加熱結構是事先集成在電芯里面的,如下圖所示。通過activation terminal來對加熱電路進行開斷,這里不需要BMS控制,而是事先設定好溫度閥值,當電芯表面溫度低于閥值時,啟動加熱。


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無論哪種思路,這種自加熱方案的加熱效率和速度都比較快,不足之處在于成本可能會高些,另外引入了新的安全風險因素,而且還是緊貼著電芯,離工程應用還要充分驗證。

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