電池?zé)崾Э氐姆抡婧蛢?yōu)化

今天到家比較晚，我們來(lái)看一下AVL整理的這一份WEBINAR里面有價(jià)值的地方，這份材料主要是介紹熱失控設(shè)計(jì)防護(hù)仿真的，又恰好是用的比較用的多雙排大模組?！禜azard Limitation and Safety Assessment for EV Batteries Using Simulation-Based Development》

圖1 GTR N20下熱失控防護(hù)的延緩設(shè)計(jì)成為全球標(biāo)準(zhǔn)配置

01、考慮對(duì)象雙排模組

這個(gè)研究對(duì)象是我們比較用的多的雙排方殼模組，如下圖所示

研究仿真還原的是電芯在噴發(fā)氣體的危害因素，在排氣過(guò)程中氣體成分、質(zhì)量和流量，研究不同的泄壓閥位置和內(nèi)部的效果；當(dāng)然我們最關(guān)注的還是電芯熱失控過(guò)程中的時(shí)間傳播延遲性還有對(duì)于加入隔熱材料等措施的有效性。

圖2 熱失控實(shí)驗(yàn)的分析和仿真監(jiān)控

1）噴發(fā)過(guò)程的評(píng)估

電芯達(dá)到臨界溫度以后，汽化的電解質(zhì)就會(huì)高壓噴發(fā)到電池模塊中的氣隙中。這種氣體的溫度最高可達(dá)1400°C，可在很短的時(shí)間內(nèi)熔化附近的部件，在這里最直接的就是模組上蓋的融化。

圖3 熱失控以后噴發(fā)氣體造成的危害

熱失控過(guò)程中釋放出來(lái)的氣體包含H2，CO，CH4，DMC和其他（在某些情況下為有毒的）成分，這樣的混合氣體高度易燃。 在整包仿真中的意義是考核煙氣隔離蓋、泄壓閥數(shù)量&位置和排氣通道的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

圖4氣體在環(huán)境下是否會(huì)自燃也是影響整個(gè)反應(yīng)的過(guò)程

2）泄壓閥的設(shè)計(jì)

目前電池包內(nèi)設(shè)計(jì)的泄壓閥，是確保電池系統(tǒng)內(nèi)可燃?xì)怏w在可控狀態(tài)下排出的最主要的設(shè)計(jì)手段，通過(guò)對(duì)泄壓閥的建模對(duì)于確定選擇泄壓閥的數(shù)量、位置和壓力釋放特性比較關(guān)鍵。

圖5 Etron、ES8和Model 3的泄壓閥設(shè)計(jì)

3）模組內(nèi)電芯熱傳遞的時(shí)間優(yōu)化

模組內(nèi)隔絕電芯熱傳播的手段主要是通過(guò)增加電芯的間距，間隔的隔熱材料，端板的絕緣防護(hù)和頂部絕緣煙氣蓋的設(shè)計(jì)。

圖6 在端板附近電芯引發(fā)熱失控的傳遞時(shí)間

4）煙氣隔離

有效的煙氣隔離設(shè)計(jì)主要是能夠影響模組內(nèi)的熱失控傳播時(shí)間，另一方面也有助于防止氣體對(duì)于模組上蓋的快速融化。

圖7 煙氣隔離蓋

02、系統(tǒng)措施

現(xiàn)在行業(yè)里面都在提零熱失控，也就是即使電芯熱失控，整包也能控制住。這個(gè)我們能采取的手段如下圖所示，手段都是相似的，就是在不同位置和不同條件下是否能做到完全的一致，完全能在可控范圍內(nèi)。

泄壓：通過(guò)泄壓閥的設(shè)計(jì)，在熱失控的時(shí)候把高溫的其他排出去防止壓力的堆積

噴發(fā)物控制：方殼電芯有小一半的熱量是通過(guò)噴發(fā)物排出來(lái)的，所以在電池系統(tǒng)里面需要設(shè)計(jì)完善的排煙通道并且把噴發(fā)物和其他電芯進(jìn)行隔離

降溫：在預(yù)警出現(xiàn)以后，開啟整車水泵對(duì)電池系統(tǒng)進(jìn)行緊急的降溫的措施，盡量把熱失控的電芯的熱量通過(guò)原有的熱管理系統(tǒng)排出去

預(yù)警：采用壓力傳感器搭配溫度和電壓檢測(cè)的辦法，在一個(gè)電芯出現(xiàn)熱失控，整包的氣壓出現(xiàn)變化以后就進(jìn)行喚醒，然后確認(rèn)熱失控的情況。

隔熱：這個(gè)行業(yè)內(nèi)都比較熟悉，對(duì)于方殼電芯而言，主要通過(guò)電芯之間的隔熱材料實(shí)現(xiàn)熱隔離

圖8 目前各個(gè)電池廠做的系統(tǒng)層面設(shè)計(jì)都是相似的

小結(jié)：我覺得在經(jīng)過(guò)不停的實(shí)驗(yàn)以后，可能要做一些類似AVL這樣的不同條件和不同位置上進(jìn)行系統(tǒng)性的仿真以后，結(jié)合最惡劣條件下的實(shí)驗(yàn)，才能讓電池系統(tǒng)更安全一些。