鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：263次 | 2023年10月12日
動(dòng)力鋰電池內(nèi)短路引起安全事故的"失效-安全"措施
二十三日下午的大會(huì)則重要圍繞"動(dòng)力鋰電池安全和梯次利用"主題進(jìn)行討論，蘇州宇量電池有限公司總經(jīng)理、加拿大紐芬蘭大學(xué)博士毛煥宇先生發(fā)表了題為"動(dòng)力鋰電池內(nèi)短路引起安全事故的‘失效-安全’措施"的演講。以下為電動(dòng)汽車資源網(wǎng)整理毛煥宇博士的演講重要內(nèi)容：
蘇州宇量電池有限公司總經(jīng)理、加拿大紐芬蘭大學(xué)毛煥宇博士：
我這個(gè)講話是接著何教授跟王芳博士后面的一個(gè)措施，他們講了很多的原理，我這里要講點(diǎn)措施出來(lái)。我介紹一下我們公司，我們公司叫宇量電池，在蘇州，產(chǎn)量25億瓦時(shí)，這個(gè)我就不多說(shuō)了。很多的汽車發(fā)生爆炸燃燒，這里選的圖片都不能排除電池內(nèi)短路。還有一個(gè)結(jié)論性的東西就是美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全管理局的結(jié)論。波音737的事故，還有一個(gè)是三星NOTE7的現(xiàn)象也是內(nèi)短路。
什么是內(nèi)短路呢？電池內(nèi)部的正極和負(fù)極之間有了一個(gè)短路，直接就通了，非常小的地方通了，就像內(nèi)短路點(diǎn)，內(nèi)短路有一個(gè)特點(diǎn)就是很小很小的地方開(kāi)始短路，一但發(fā)生了以后，周圍的極片輸出的電流，局部的溫度越來(lái)越高，最后就發(fā)生了爆炸，這個(gè)就是內(nèi)短路最基本的原理。
我們來(lái)看一下，我想演示一下什么是內(nèi)短路。我們把這個(gè)做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，把這個(gè)電池拆開(kāi)一小半，然后把一部分的負(fù)極放到平地上，另外把正極掏出來(lái)，用一端碰一下負(fù)極，正極碰負(fù)極，有什么現(xiàn)象發(fā)生？一瞬間立馬就發(fā)生這種燃燒，有一個(gè)針尖大的地方發(fā)生短路，就燃燒起來(lái)。當(dāng)然我說(shuō)這個(gè)燃燒只有一半，還有正極燃燒，在整個(gè)電芯里面發(fā)生內(nèi)短路正極也會(huì)發(fā)生燃燒的，電解液隔膜也會(huì)發(fā)生燃燒。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
動(dòng)力鋰電池有各種各樣的安全隱患，這么多里面前面的都可以用BMS的方法，或者是用其他的方法控制，惟獨(dú)只有電池的內(nèi)短路是沒(méi)有辦法檢測(cè)到的，假如檢測(cè)到的話就不會(huì)發(fā)生了。這個(gè)內(nèi)短路是怎么出現(xiàn)的呢？這個(gè)是簡(jiǎn)單的生產(chǎn)流程，幾乎每一個(gè)流程都可能出現(xiàn)內(nèi)短路，比如說(shuō)制漿不合理造成金屬鋰析出，還有涂布不均勻造成局部金屬鋰析出，還有分切的時(shí)候也會(huì)發(fā)生內(nèi)短路，有可能是在切斷的時(shí)候出現(xiàn)了毛刺，這種內(nèi)短路也會(huì)發(fā)生，電極錯(cuò)位，隔膜、瑕疵，還有金屬導(dǎo)電的東西都混在里面去了，一天生產(chǎn)幾十萬(wàn)的時(shí)候，這個(gè)是屢屢發(fā)生的。那么特點(diǎn)是什么呢？就是制造過(guò)程當(dāng)中，很多地方都可能出現(xiàn)內(nèi)短路，不是一個(gè)地方，所以說(shuō)防不勝防，另外不能完全消除，何教授也說(shuō)了，千萬(wàn)分之一。這些檢測(cè)不到，總是發(fā)生這樣的惡性爆發(fā)，這個(gè)是內(nèi)短路的特點(diǎn)。世界優(yōu)秀的電池也有千萬(wàn)分之一的爆燃，裝在車上就是萬(wàn)分之一了，我們?cè)趺醋龇軌蚴沟谜踩?？我今天這里說(shuō)的是措施，并不能消除內(nèi)短路。
我認(rèn)為有一種辦法是當(dāng)前的技術(shù)水平下，就是只能采取一個(gè)失效安全Fail-Safe，只能采取這樣的做法。我們?cè)趺醋瞿兀课覀冋J(rèn)為Fail-Safe，比如說(shuō)這里的一包電池，中間有一個(gè)電池發(fā)生了爆炸，它會(huì)發(fā)生熱傳遞，前面兩位已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，熱傳遞的發(fā)生使得周圍爆炸更多，這就是Fail了。怎么Safe呢？也是一包電池，加入了防止熱失控的措施，一個(gè)電池爆炸了或者是燃燒了，其它的還是安全的，這個(gè)就是簡(jiǎn)單的，這個(gè)就是在電池當(dāng)中的Fail-Safe，那么我們這些隔斷怎么出現(xiàn)呢？怎么做呢？你要了解，首先你要了解這個(gè)電池包剛剛說(shuō)Fail-Safe是有效的，是有保障的，那我們就希望要解決一個(gè)Howtotrig？的問(wèn)題，就是為了找一個(gè)方法，她說(shuō)了三個(gè)方法：擴(kuò)充、針刺還有加熱。
我這里說(shuō)的是另外一個(gè)方法，我認(rèn)為這個(gè)方法比那幾個(gè)都簡(jiǎn)潔來(lái)的快而且是實(shí)實(shí)在在，下面我們看一下，有了這個(gè)方法你才能夠證明你的可靠不可靠。這個(gè)是我們的一個(gè)方法，只要用一個(gè)電刺激它就會(huì)爆炸，這是不是比其他的來(lái)的快一些？那么有了這個(gè)工具以后我們就可以做很多的事情。電池爆炸以后溫度到達(dá)1000度，電池上面的溫度超過(guò)500度，600度，這就是我們引爆電池的表面溫度情況。
我們還做了其他的實(shí)驗(yàn)，我們想了解這個(gè)電池引爆要不要空氣？所以我們把這個(gè)引爆工作放在了氮?dú)饫锩?，能不能引爆起?lái)？我們可以看到引爆以后氮?dú)饫锩嬲諛尤紵?，那么可以得到一個(gè)結(jié)論，鋰電池內(nèi)短路引起的爆燃不要外部的氧氣支持，自己就夠了。還有做了一個(gè)在礦物油里面做了爆炸，在油里面也炸了，整個(gè)的這個(gè)完全不要空氣，自己可以燃燒。我們現(xiàn)在就做一個(gè)實(shí)驗(yàn)，我把7塊電池放一起，把中間的電池引爆，放到箱子里面把傳感器、熱傳感器全部接上，看會(huì)不會(huì)炸，看影響不影響周圍的電池。這個(gè)情況下就炸了，第二個(gè)炸完了以后第三個(gè)越炸越兇，到第四個(gè)就已經(jīng)是熊熊大火了，所以這個(gè)電池?zé)釘U(kuò)散造成了其它好的電池也跟著爆炸，我們可以看到它的溫度，已經(jīng)到了700-800度了，所以電池受到內(nèi)短路爆炸電池的影響，就一個(gè)接一個(gè)的爆炸，這個(gè)就是最惡劣的事故。一個(gè)小電池包最后炸成這樣，面目全非了，所以造成非常嚴(yán)重的后果。
有了這個(gè)就看距離遠(yuǎn)一點(diǎn)，一毫米，三毫米試一試，試完以后有一個(gè)地方不炸了，這是同樣的實(shí)驗(yàn)在中間，跟剛剛的實(shí)驗(yàn)相同的，只是電池間的距離不相同，同樣引爆了一個(gè)，我們這個(gè)引爆比較簡(jiǎn)單，也快，就是一瞬間，是用電來(lái)引發(fā)的，只要電池間有足夠的距離可以解決電池內(nèi)短路出現(xiàn)的爆燃，要有足夠的距離，90度，而且持續(xù)的時(shí)間也不長(zhǎng)，所以這個(gè)是安全的。距離拉很大也有問(wèn)題，距離大了肯定會(huì)好，但是體積要變大了，所以還要想別的辦法，比如說(shuō)假如我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)電池爆炸有一個(gè)高溫中心，假如我們的電池發(fā)生內(nèi)短路爆燃的時(shí)候，假如迅速地把高溫中心移走，或者是淡化，沖淡，溫度弄低了，也可以，距離稍微近一點(diǎn)也行。我們做了一個(gè)這樣的實(shí)驗(yàn)，這也是一個(gè)爆炸的視頻，電池爆炸了在爆炸上面有一塊平板，十字架型的，布置了很多的溫度傳感器，你的火一噴上面有多少溫度可以測(cè)出來(lái)，同時(shí)還有高度，降低高矮，就發(fā)現(xiàn)有一個(gè)地方的溫度最高。我們發(fā)現(xiàn)最中心的溫度是1087度，離開(kāi)了中心溫度就低了，所以說(shuō)假如想辦法避開(kāi)這個(gè)地方，那這個(gè)周圍不一定會(huì)傳遞。我們想了一個(gè)什么辦法呢？我們做模組的時(shí)候設(shè)置了一個(gè)煙道每一個(gè)都是電池的正極，電池的正極任何的電池爆炸都可以順著這個(gè)柱子中間是一個(gè)通道可以到煙道里面去，所以出現(xiàn)的氣體可以很順利跑到煙道里面去。這個(gè)是我們?cè)O(shè)計(jì)的，要印證這個(gè)到底靈不靈？我們也做了實(shí)驗(yàn)。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
我這里搞了一個(gè)國(guó)家電網(wǎng)大的電池包，我們引爆，動(dòng)了一下就燒起來(lái)了里面就冒煙，這樣就沒(méi)事兒了，我們打開(kāi)，發(fā)現(xiàn)了有一個(gè)比較有趣的現(xiàn)象，什么有趣的現(xiàn)象呢？煙沒(méi)有跑到別的地方去，因?yàn)闊熡蓄伾?，就集中在下部，我現(xiàn)在放大一點(diǎn)看看，發(fā)現(xiàn)這個(gè)煙黑的一個(gè)一個(gè)方形印記，就應(yīng)對(duì)了煙道的出口形態(tài)，這么一來(lái)可以證明當(dāng)電池發(fā)生內(nèi)短路爆燃的時(shí)候，煙是順著我們?cè)O(shè)計(jì)的這條路走的。另外并沒(méi)有集中在一個(gè)煙道里面跑出來(lái)的，分散從幾個(gè)地方跑出來(lái)，當(dāng)然中心是煙的顏色最濃的地方，那就說(shuō)明了這個(gè)煙道還是有用的，有效性得到了一個(gè)證明。
我們把距離拉小一點(diǎn)，多放一點(diǎn)電池，還是想放的更近一點(diǎn)又不爆炸，下面又想了一個(gè)辦法，把電池放在不同的介質(zhì)里，可以放很近，我們一共放了9個(gè)模組，大概126個(gè)電池，我們的電池比較大，20瓦時(shí)一個(gè)，2個(gè)半的18650那么大，把這個(gè)引爆電池放在了正中間，9個(gè)電池的幾何中心，讓它引爆，這就是這個(gè)引爆的裝置?，F(xiàn)在我們請(qǐng)一位工作人員過(guò)來(lái)刺激一下，就是一瞬間引爆。剛剛王芳博士說(shuō)很多的方法，我覺(jué)得我們這個(gè)方法比她說(shuō)的三個(gè)方法來(lái)的快，沒(méi)有溫度的變化沒(méi)有容量的變化。加熱的話是把這個(gè)加熱了，擴(kuò)充的話要擴(kuò)充140-150才炸，而且炸的跟原來(lái)不相同了，所以這個(gè)方法在世界上到處做了很多的演講。我覺(jué)得高手在民間。
看溫度變化剛剛說(shuō)了半天，我們要減小體積，現(xiàn)在溫度是很高了但是周圍的電池溫度50度不到，所以在礦物油內(nèi)可以大幅度地降低熱傳遞，當(dāng)然了也減輕了一些體積。
我的結(jié)論就是在目前的技術(shù)條件下，高密度動(dòng)力鋰電池內(nèi)短路不可以預(yù)測(cè)，而且極其不容易防止。萬(wàn)一電池發(fā)生內(nèi)短路可以采取失效安全的措施才能防止整包電池的燃燒和爆炸。宇量電池的引爆技術(shù)可以用來(lái)驗(yàn)證并通過(guò)電池包的設(shè)計(jì)防止單個(gè)電芯的內(nèi)短路造成的安全性事故，這是一個(gè)技術(shù)。另外我們Fail-Safe的措施可以有三個(gè)，實(shí)際還有一個(gè)沒(méi)有說(shuō)，是我們公司的保密的問(wèn)題，我就沒(méi)有說(shuō)。電芯之間保持足夠的距離，快速移除熱量中心，把電池浸沒(méi)有在礦物油內(nèi)，實(shí)際有4種方法，以后有機(jī)會(huì)再說(shuō)。謝謝各位!
