Li+學(xué)社丨余華強(qiáng)深度解析：電池?zé)崾Э亍岸贪濉蓖粐?/div>
6月25日，由電池中國(guó)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(shè)備、機(jī)構(gòu)等20余家國(guó)內(nèi)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(shè)計(jì)、電池行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際化建設(shè)、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(nèi)關(guān)注的重要研究方向之一，在電池設(shè)計(jì)、預(yù)警和干預(yù)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(guó)家化學(xué)與物理電源產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心技術(shù)總監(jiān)余華強(qiáng)在題為“動(dòng)力電池安全研究的發(fā)展新方向”的專(zhuān)題報(bào)告中，深度闡釋了預(yù)測(cè)電池?zé)崾Э氐募夹g(shù)路徑和功能應(yīng)用。
圖為國(guó)家化學(xué)與物理電源產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心技術(shù)總監(jiān)余華強(qiáng)在Li+學(xué)社做專(zhuān)題報(bào)告
余華強(qiáng)指出，“隨著電動(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(xiàn)‘木桶短板’效應(yīng)，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。”
目前，動(dòng)力電池安全技術(shù)指標(biāo)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：
第一，抗過(guò)充、抗擠壓穿刺等外部應(yīng)力引發(fā)電池?zé)崾Э氐陌踩O(shè)計(jì)。此類(lèi)安全設(shè)計(jì)指標(biāo)包括預(yù)防性設(shè)計(jì)、傳感器設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)。
第三，基于電池抗外部熱量誘發(fā)熱失控的安全性設(shè)計(jì)，此類(lèi)設(shè)計(jì)包括傳熱通道設(shè)計(jì)，熱阻隔設(shè)計(jì)和主動(dòng)干預(yù)設(shè)計(jì)等。
電池?zé)崾Э胤抡婕夹g(shù)則是提高動(dòng)力電池系統(tǒng)內(nèi)部安全性，應(yīng)對(duì)電池?zé)崾Э囟a(chǎn)生的新型安全保障應(yīng)用技術(shù)。
在應(yīng)對(duì)外部應(yīng)力熱失控的問(wèn)題上，余華強(qiáng)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(yù)防性設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)，并配合主動(dòng)干預(yù)的方案，但預(yù)判依據(jù)尚顯不足，且基于此的干預(yù)方案自然有待完善。
實(shí)際上，由于電池包內(nèi)電芯數(shù)量之多，傳感器的數(shù)據(jù)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(fù)雜情況相比，在準(zhǔn)確度和時(shí)效性等方面，均可能存在較大差異。
為解決此項(xiàng)差異，需要有表征電芯內(nèi)部熱失控的關(guān)鍵指標(biāo)變化作為依據(jù)，支持部分整車(chē)廠通過(guò)采取液冷等主動(dòng)干預(yù)的方案做降溫處置，從而提升干預(yù)處置能力的短板。
在應(yīng)對(duì)電池本體安全問(wèn)題上，“平常總說(shuō)磷酸鐵鋰會(huì)好一些，那么究竟好在哪里呢?”余華強(qiáng)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(yàn)證不同材料在電池?zé)崾Э貢r(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(yàn)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(píng)估。
不難看出，不管是外部應(yīng)力熱失控，還是電池本體熱失控，如果融入電池?zé)崾Э胤抡婕夹g(shù)，或?qū)⑹掳牍Ρ兜靥嵘姵匕踩憩F(xiàn)。不僅如此，電池?zé)崾Э胤抡姹旧磉€是保障電池內(nèi)部安全的重要指標(biāo)和策略。
“電池?zé)崾Э販囟赛c(diǎn)是BMS設(shè)計(jì)的核心數(shù)據(jù)。比如對(duì)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，變量就更大了，那么實(shí)驗(yàn)人員如何知道添加錳之后，對(duì)電池?zé)崾Э氐倪吔鐪囟扔袥](méi)有影響呢?”余華強(qiáng)指出，“此時(shí)如果完全靠做實(shí)驗(yàn)，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(guī)模篩選后，再做實(shí)驗(yàn)，然后再用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證支撐熱失控仿真的結(jié)果。
余華強(qiáng)進(jìn)一步表示，電池?zé)崾Э胤抡鎽?yīng)用大有可為。一是檢驗(yàn)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(yàn)證效率和規(guī)模，還可以和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相互驗(yàn)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(yīng)用其中。
二是獲得電池?zé)崾Э氐倪吔鐪囟赛c(diǎn)。在電池設(shè)計(jì)周期內(nèi)就可以評(píng)估這一重要的溫度指標(biāo)，從而提早實(shí)施干預(yù)。
三是區(qū)分后果等級(jí)和風(fēng)險(xiǎn)幾率。很多實(shí)際案例表明，電動(dòng)汽車(chē)出現(xiàn)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(shù)據(jù)來(lái)向整車(chē)廠說(shuō)明，“電池不充滿”的安全性高于充滿狀態(tài)呢?“實(shí)際上，還是應(yīng)該做電池?zé)崾Э胤抡妫匆豢碨OC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。”余華強(qiáng)分析道。通過(guò)電池?zé)崾Э胤抡妫瑓^(qū)分不同溫度變化區(qū)間所產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)，便于干預(yù)處置方案的制定。
值得注意的是，應(yīng)急冷卻，是目前很多整車(chē)廠在發(fā)生電池?zé)崾Э睾螅瑸榱朔乐拱l(fā)生更多次生問(wèn)題的主要干預(yù)策略。但是，如果通過(guò)干預(yù)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(xiǎn)呢?這一點(diǎn)也可以結(jié)合熱失控仿真來(lái)驗(yàn)證。另外，采用液冷，還是其他應(yīng)急冷卻策略，都需要更多數(shù)據(jù)驗(yàn)證。
此外，電池包內(nèi)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(yùn)用不同點(diǎn)位的熱失控仿真將大幅度提高熱失控結(jié)果預(yù)判的準(zhǔn)確度和時(shí)效性。
總體上，當(dāng)非常重要的電池安全保障遇上極多變量后，電池?zé)崾Э胤抡鎽?yīng)用或?qū)⒊蔀椤皠?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(duì)電池產(chǎn)業(yè)的影響值得期待!
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