技術｜如何理解電池包的熱失控？

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導讀

在分析熱失控問題時，有些熱失控並不是電芯引起的，即它不是電芯的熱失控，儘管它最後可能也導致電芯發生了熱失控。

說起電池包的熱失控時，我們實際上在指什麼？

電芯的熱失控。

可能大部分人都是這麼認為的，不過，如果你仔細深究下去，這個觀點可能是片面的，這種片面的理解不利於我們在實際的工程中展開對熱失控的防護。這也正是大眾汽車試圖所要探討的問題。具體參考：Thermal runaway and thermal runaway propagation in batteries： What do we talk about？

之所以會首先有這種想法，一個重要的因素在於電動汽車行業的人真正意識到熱失控這個問題，是由電芯領域引入的，而絕大部分的熱失控也是由電芯引發的，電芯的熱失控是一個至高關注度問題；但當到了電池包這個層面，事情就不這麼簡單，你會發現在分析熱失控問題時，有些熱失控並不是電芯引起的，即它不是電芯的熱失控，儘管它最後可能也導致電芯發生了熱失控。

可能這麼說還有點繞。舉個例子，電池包內的短路導致低壓線束起火或BMS故障導致板子燒熔起火，或是迴路上的高電阻導致高壓線路起火，在沒有相應的防護措施時，火勢是無法控制的，即形成了熱失控蔓延，這種情況最後會危機到電芯，進一步導致電芯起火，形成電芯的熱失控。

即：對於電池包的熱失控來說，電芯熱失控只是其中一個非常重要的內容，但不是全部，還有其他的熱失控。這樣理解，在功能安全危害分析時，對導致起火的類別劃分時，也就說得通了。否則，按電芯熱失控的思路來進行，就是過充、過放、過溫、過流、欠壓、機械濫用（如碰撞等）。是如何也分析不到上面的例子的。這個時候，只有把它們放到過溫或過流的原因中去。

這種以電芯先入為主的思路大大限制了對熱失控這個領域的理解，所以像大眾這樣的車企都會感到困惑，每次談到熱失控總感覺朦朧不清。因為當前的很多標準，在對熱失控進行定義或研究時，潛意識都是以電芯來進行的，比如：

GTR 20（Global Technical Regulation for Electric Vehicle Safety）在對熱失控進行定義時，也只是從如何來探測或判斷熱失控已經發生了。

Detection of thermal runaway。

Thermalrunaway can be detected by the following conditions：

（i）The measured voltage of the initiation cell drops；

（ii）The measured temperature exceeds ［the maximum operating temperature defined by

themanufacturer］；

（iii）dT/dt ≥ ［1°C/s］ of the measured temperature。

Thermalrunaway can be judged when：

（a）Both （i） and （iii） are detected， or

（b）Both （ii） and （iii） are detected。

我國則對這個觸發判定的要求做了進一步的要求，具體如《電動汽車用動力蓄電池系統熱擴散乘員保護測試規範》5。3。6所述：

熱失控觸發判定條件：

a） 觸發物件產生電壓降，且下降值超過初始電壓的25%；

b） 監測點溫度達到製造商規定的最高工作溫度；

c） 監測點的溫升速率dT/dt≥1 ℃/s，且持續3 s以上。

當a）和c）或者b）和c）發生時，判定發生熱失控。如果採用推薦的方法作為熱失控觸發方法，且未發生熱失控，為了確保熱擴散不會導致車輛乘員危險，需證明採用如上兩種推薦方法均不會發生熱失控。

在上面所舉的例子中，當上述任何兩個條件滿足時，熱失控早就已經觸發了。相當於整個電池包都已經著火了，我們還在等電芯的這些引數發生變化。

一但你概念理不清晰或認識的角度有歧義，後面要解決起問題來就相對困難。要理清晰電池包的熱失控，就要回到本源上，即“熱”上，弄明白有哪幾種情況能產生熱。大眾對此給出的劃分為5點：

第1個產熱來源：來自周圍外界物體的熱，無論是熱輻射、熱對流，還是熱傳遞，混合動力的內燃機、帶加熱功能的電池加熱器，或是電芯中洩漏的可燃氣體燃燒；

第2個產熱來源：電流作用而生產的熱，電芯之外電路中的高電阻或是電芯內阻；另外就是短路產生的熱，包括電芯之外電路中的外短路，電芯自身的內短路（枝晶，製造過程中的顆粒，集流體之間的短路等）；

第3個產熱來源：電化學反應，主要在於過充條件下，或是低電壓大電流充電的情況下；

第4個產熱來源：是單純的化學反應，正負極材料與氧氣的反應等；

第5個產熱來源：第5個產熱來源：其他，包括氣體的膨脹等。

以電芯為分界點，進行劃分，對於熱失控的可能原因，傳遞層級可以用下面類似的圖來說明。

熱失控的理解是關鍵，在此基礎上，如何進行相對應的功能安全分析，各家車企業都有自己的思路與做法。繼續以大眾為例子，它構建的熱失控（蔓延）防護系統圖如下：

可以劃分為5個功能模組：

對不同級別的零部件進行ASIL等級評定，電芯的示例如下：

模組級別的示例如下：

整車級別的示例如下：

大眾對熱失控的危害等級最高定義到了ASIL D，這是功能安全的最高級別，寶馬在當初在國內的車型熱失控的危害定義到了ASIL C。所以，這些具體操作層面的東西的差異還是有的，包括對這些危害場景的分析定義，劃分。

所相同的是你對概念的理解，對這其中系統性工程方法的運用。

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