動(dòng)力電池?zé)崾Э胤椒ㄑ芯?/h1>
2016-11-21 02:00:05秦李偉趙久志吳國(guó)輝吳飛馳
汽車(chē)實(shí)用技術(shù) 2016年10期 關(guān)鍵詞：針刺
秦李偉，趙久志，吳國(guó)輝，吳飛馳
（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，新能源汽車(chē)研究院，安徽 合肥 230601）
動(dòng)力電池?zé)崾Э胤椒ㄑ芯?/p>
秦李偉，趙久志，吳國(guó)輝，吳飛馳
（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，新能源汽車(chē)研究院，安徽 合肥 230601）
通過(guò)電阻絲加熱和針刺方法使動(dòng)力電池內(nèi)短路，研究動(dòng)力電池的熱失控方法。試驗(yàn)結(jié)果表明：不同試驗(yàn)方法觸發(fā)電池內(nèi)短路引發(fā)的熱失控對(duì)相鄰電池的影響不同，針刺方法比電阻絲加熱更適合于動(dòng)力電池?zé)崾Э仳?yàn)證，電阻絲加熱產(chǎn)生的熱量增大了動(dòng)力電池發(fā)生熱失控的機(jī)率。
熱失控；針刺；電阻絲加熱
10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.005
CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-13-04
引言
動(dòng)力鋰離子電池具有能量密度高、使用壽命長(zhǎng)、額定電壓高、功率承受力高和自放電效率低等優(yōu)點(diǎn)，成為混動(dòng)動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)的理想動(dòng)力電池，但是鋰離子電池的安全問(wèn)題成為阻礙其廣泛應(yīng)用于動(dòng)力領(lǐng)域的主要因素[1]。截止到2015年底，中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的保有量已突破50萬(wàn)輛。隨著電動(dòng)汽車(chē)保有量的增加，其安全性問(wèn)題日益凸顯，而電動(dòng)汽車(chē)的安全性問(wèn)題主要來(lái)源于它的動(dòng)力系統(tǒng)——鋰離子電池。鋰離子電池的安全問(wèn)題主要是由熱失控引起的起火、爆炸等[2]，而引起熱失控的原因之一是電池內(nèi)部發(fā)生短路。
目前對(duì)于鋰離子電池?zé)崾Э氐难芯恐饕杏谝环N類(lèi)型電池的建模分析和試驗(yàn)分析[3-5]，本文針對(duì)18650型電池和方形電池采用不同的方法，模擬電池模塊中單體內(nèi)短路引發(fā)熱失控，探索適合動(dòng)力電池模塊熱失控驗(yàn)證的方法。
1、單體內(nèi)短路
一般情況下，濫用試驗(yàn)中發(fā)生內(nèi)部短路的危險(xiǎn)性最大。電池發(fā)生內(nèi)部短路時(shí)，內(nèi)部溫度升高。高溫會(huì)誘發(fā)電池材料發(fā)生一系列放熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量促使電池內(nèi)部溫度進(jìn)一步升高而加劇放熱反應(yīng)速率。最終，放熱反應(yīng)和高溫兩個(gè)方面相互影響，呈現(xiàn)一種失控狀態(tài)， 即熱失控，從而引起鋰離子電池發(fā)生燃燒、爆炸等安全事故[6-7]。目前，電池的內(nèi)短路主要由以下2種原因造成：第一隔膜缺陷、原材料被污染或者是外來(lái)物體的殘留等缺陷在電池的運(yùn)輸和使用過(guò)程中會(huì)被不斷惡化和放大。現(xiàn)階段，即使是有著最好的質(zhì)量控制的電池生產(chǎn)商都不能完全避免生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的金屬雜質(zhì)或毛刺；第二電池的使用超出了生產(chǎn)廠商規(guī)定的電流、電壓和溫度適用范圍[8]。一個(gè)能被業(yè)界所普遍接受的測(cè)試內(nèi)短路的方法應(yīng)該具備以下特征：1、能夠適應(yīng)電池的結(jié)構(gòu)和形狀的變化（圓柱形或方形電池都可以使用）；2其測(cè)試結(jié)果要能夠和其他變量的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。各種內(nèi)短路可歸納為以下四類(lèi)：負(fù)極到正極，負(fù)極到鋁箔，銅箔到鋁箔，銅箔到正極，如圖1所示[8]：
2、單體內(nèi)短路方法介紹
本文采用具有相同正極材料的18650型電池和方形電池進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M，試驗(yàn)電池內(nèi)短路觸發(fā)方法為電阻絲加熱和針刺。
2.1 電阻絲加熱
采用電阻絲加熱方法模擬電池因環(huán)境溫度劇烈變化引發(fā)的鋰離子電池?zé)崾Э亍ｋ姵馗裟な怯蒔P/PE/PP三層隔膜組成，其中PP的熔點(diǎn)為165℃，PE的熔點(diǎn)為135℃[9]。通過(guò)將電阻絲纏繞在鋰離子電池表面進(jìn)行加熱，迅速產(chǎn)生的大量的熱量，使隔膜發(fā)生變形收縮，正負(fù)極連接，引發(fā)電池內(nèi)短路，最終引發(fā)電池?zé)崾Э亍?/p>
2.2 針刺
通過(guò)鋼針穿刺鋰離子電池模擬電池內(nèi)部的金屬異物引發(fā)鋰離子電池?zé)崾Э亍ｄ撫槾倘腚姵睾螅鳛榻饘賹?dǎo)體連接了正負(fù)極，使電池發(fā)生內(nèi)短路，短路位置將產(chǎn)生大電流，并迅速產(chǎn)生大量的熱量，最終引發(fā)電池?zé)崾Э亍?/p>
3、動(dòng)力電池模塊熱失控驗(yàn)證方法
3.1 電阻絲加熱
3.1.1 18650電池
試驗(yàn)采用某18650電池。通過(guò)計(jì)算將一定內(nèi)阻的電阻絲纏繞在電池表面，并在該電池殼體外側(cè)布置溫度傳感器，然后將此電池布置于電池模塊中央位置，與該電池相鄰的電池也布置相同的溫度傳感器。電池采用并聯(lián)組裝成模塊后，采用廠家規(guī)定的充電方法將電池充至滿(mǎn)電。將電阻絲連接至外接電源，溫度傳感器連接至溫度巡檢儀；記錄電池模塊初始狀態(tài)（電壓、溫度等），持續(xù)加熱電池至其發(fā)生失效，斷開(kāi)外接電源，觀察模塊是否發(fā)生熱失控。試驗(yàn)設(shè)備和模塊狀態(tài)如圖2所示：
3.1.2 方形電池
試驗(yàn)采用某方形電池。將與上述相同的電阻絲，纏繞在電池表面，并在被加熱電池表面和相鄰電池表面布置溫度傳感器，電池組成模塊后按廠家規(guī)定充電方法將模塊充至滿(mǎn)電。加熱方式和溫度記錄與上述試驗(yàn)相同，持續(xù)加熱電池至其發(fā)生失效，斷開(kāi)外接電源，觀察方形電池模塊是否發(fā)生熱失控。試驗(yàn)?zāi)K如下圖3所示：
3.2 針刺
3.2.1 18650電池
試驗(yàn)采用某18650電池。選擇針刺電池的位置（如圖4），在此電池和相鄰電池表面布置溫度傳感器。電池按并聯(lián)組裝成模塊后，采用廠家規(guī)定的充電方法將電池充至滿(mǎn)電。將模塊固定于針刺臺(tái)架上，連接好溫度巡檢儀。使用直徑1mm的鋼針以1mm/s的速度穿刺電池至其起火，觀察模塊是否發(fā)生熱失控。
3.2.2 方形電池
試驗(yàn)采用某方形電池。選擇針刺電池的位置（如圖5），相鄰電池表面布置溫度傳感器，電池組成模塊后，按廠家規(guī)定充電方法將電池充滿(mǎn)電。使用直徑1mm的鋼針以1mm/s的速度穿刺電池至其起火，觀察模塊是否發(fā)生熱失控。
4、動(dòng)力電池試驗(yàn)結(jié)果及分析
4.1 電阻絲加熱
4.1.1 18650電池
樣品一、被加熱電池持續(xù)加熱過(guò)程中，安全閥打開(kāi)泄壓，繼續(xù)加熱電池，電池從正負(fù)極兩端爆開(kāi)，有明火噴出，持續(xù)約3秒后，有大量濃煙冒出。從圖6可看出被加熱電池持續(xù)加熱1分45秒后，溫度升至135℃，電池爆炸，溫度迅速升至690℃左右。這是因?yàn)楸患訜釂误w隔膜持續(xù)收縮，隔膜收縮后正負(fù)極接觸，發(fā)生內(nèi)短路并產(chǎn)生大量的焦耳熱，大量的熱量又進(jìn)一步促進(jìn)了電池內(nèi)部的反應(yīng)，最終導(dǎo)致單體失控。系）在被加熱電池爆炸前，由于電阻絲的熱輻射使相鄰電池溫度由35℃增至110℃左右，斷開(kāi)外接電源后，相鄰電芯溫度有下降趨勢(shì)。當(dāng)被加熱電池爆炸后，電池溫度迅速下降，而相鄰電池溫度則緩慢上升至所有電池溫度相同。
樣品二、被加熱電池在試驗(yàn)開(kāi)始120s后發(fā)生起火爆炸，溫度迅速攀升到660℃左右。相鄰電池溫度緩慢爬升，在試驗(yàn)開(kāi)始3min后，兩枚電池發(fā)生熱失控，之后6min內(nèi)所有電池發(fā)生熱失控。樣品二與樣品一區(qū)別在于電池間距變小。由圖7可以看出電池溫度迅速攀升是在160℃左右，這是因?yàn)閱误w內(nèi)部隔膜受熱變形、收縮導(dǎo)致正負(fù)極連接，發(fā)生內(nèi)短路，產(chǎn)生很大的電流，并迅速產(chǎn)生大量的焦耳熱所致。
4.1.2 方形電池
樣品一 閉合開(kāi)關(guān)加熱電池，當(dāng)被加熱電池溫度上升至200℃左右時(shí)，安全閥沖開(kāi)泄壓，溫度下降至190℃，繼續(xù)加熱電池單體，相鄰電池安全閥相繼沖開(kāi)（被加熱電池未發(fā)生爆炸），溫度均達(dá)到300℃，其中一只電池單體（最外側(cè)）安全閥沖開(kāi)時(shí)噴火、電解液燃燒，但模塊未發(fā)生爆炸，這說(shuō)明安全閥起到了非常好的泄壓作用，使電池在內(nèi)短路大量產(chǎn)氣后及時(shí)排出氣體，避免電池發(fā)生爆炸。
樣品二 閉合開(kāi)關(guān)加熱電池，電池溫度持續(xù)緩慢上升，從圖8可以看出，整個(gè)模塊溫度最高上升至142℃，試驗(yàn)過(guò)程中所有單體溫度上升趨勢(shì)一致，這是因?yàn)榉叫坞姵貑误w之間傳熱面積大，加熱過(guò)程中，熱量同時(shí)輻射給了兩側(cè)的單體。被電阻絲纏繞電池在142℃左右，安全閥打開(kāi)，電池溫度下降，而該電池單體兩側(cè)單體溫度也隨之下降。升溫過(guò)程持續(xù)時(shí)間約40min，電池模塊未發(fā)生熱失控。
4.2 針刺
4.2.1 18650電池
如圖9所示，針刺前檢測(cè)電池溫度為25℃，電池被鋼針穿刺后大量冒煙并噴火，（2）被針刺電池發(fā)生熱失控，這是因?yàn)殇撫槾倘牒筮B接了電池正負(fù)極，形成內(nèi)短路，并迅速產(chǎn)生大量焦耳熱，大量的熱量又進(jìn)一步促進(jìn)電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)。電池最高溫度達(dá)到630℃左右，隨后電池溫度逐漸下降，相鄰電池溫度則緩慢上升，最高達(dá)到120℃左右。試驗(yàn)過(guò)程中，模塊未發(fā)生熱失控。
4.2.2 方形電池
如圖10所示，針刺前檢測(cè)電池溫度為30℃左右，電池經(jīng)鋼針穿刺后產(chǎn)生大量氣體，被針刺電池最高溫度達(dá)到105℃，隨后電池溫度逐漸下降，相鄰電池溫度則緩慢上升，最高達(dá)到100℃，模塊未發(fā)生熱失控。
5、結(jié)論
通過(guò)對(duì)18650電池和方形電池開(kāi)展電阻絲加熱和針刺試驗(yàn)，使模塊中電池內(nèi)短路，模擬電池模塊中電池發(fā)生熱失控，探索合適的熱失控驗(yàn)證方法，得出以下結(jié)論：
（1）對(duì)比針刺和電阻絲加熱試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)同一種電池，電阻絲加熱觸發(fā)的內(nèi)短路使電池溫度上升更高，我們認(rèn)為這是電阻絲加熱引入的熱量所致；
（2）電阻絲加熱過(guò)程中，會(huì)給相鄰電池帶入大量熱量，如果模塊間距較小，極有可能使被加熱電池和相鄰電池都發(fā)生熱失控，從而導(dǎo)致試驗(yàn)?zāi)M失敗，因此我們認(rèn)為針刺方法是更適合18650電池和方形電池模塊熱失控安全性驗(yàn)證的方法；
（3）泄壓安全閥在電池內(nèi)短路時(shí)，能夠降低電池內(nèi)部壓力和溫度，防止電池發(fā)生熱失控，起到保護(hù)作用；
（4）電解液高速?lài)姵鰰r(shí)引發(fā)的起火并不是導(dǎo)致相鄰電池溫度上升和失效的主要原因。
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Research on Thermal Runaway Method of Dynamic Battery
Qin Liwei, Zhao Jiuzhi, Wu Guohui, Wu Feichi
（New energy vehicle academy, Technical Center, AnHui JiangHuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）
Two methods of the internal short circuit of the dynamic lithium-ion battery were carried out to research the thermal runaway of the dynamic lithium-ion battery。The results show that the thermal runaway of the dynamic lithium-ion battery performs differently at the different test methods. The nail penetration is more suitable for the dynamic lithium-ion battery than the heating by the resistive wire and the heating of the battery will generate more heat，witch make the thermal runaway of the dynamic lithium-ion battery easier.
thermal runaway; nail penetration; resistive wire
U467.3
A
1671-7988(2016)10-13-04
第一作者：秦李偉（1983.10-），男，碩士，工程師，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，新能源汽車(chē)研究院。主要從事電動(dòng)汽車(chē)電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。
吳國(guó)輝（1989.3-）男，本科，工程師，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，新能源汽車(chē)研究院。主要從事電動(dòng)汽車(chē)電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。
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秦李偉，趙久志，吳國(guó)輝，吳飛馳
（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，新能源汽車(chē)研究院，安徽 合肥 230601）
動(dòng)力電池?zé)崾Э胤椒ㄑ芯?/p>
秦李偉，趙久志，吳國(guó)輝，吳飛馳
（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，新能源汽車(chē)研究院，安徽 合肥 230601）
通過(guò)電阻絲加熱和針刺方法使動(dòng)力電池內(nèi)短路，研究動(dòng)力電池的熱失控方法。試驗(yàn)結(jié)果表明：不同試驗(yàn)方法觸發(fā)電池內(nèi)短路引發(fā)的熱失控對(duì)相鄰電池的影響不同，針刺方法比電阻絲加熱更適合于動(dòng)力電池?zé)崾Э仳?yàn)證，電阻絲加熱產(chǎn)生的熱量增大了動(dòng)力電池發(fā)生熱失控的機(jī)率。
熱失控；針刺；電阻絲加熱
10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.005
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引言
動(dòng)力鋰離子電池具有能量密度高、使用壽命長(zhǎng)、額定電壓高、功率承受力高和自放電效率低等優(yōu)點(diǎn)，成為混動(dòng)動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)的理想動(dòng)力電池，但是鋰離子電池的安全問(wèn)題成為阻礙其廣泛應(yīng)用于動(dòng)力領(lǐng)域的主要因素[1]。截止到2015年底，中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的保有量已突破50萬(wàn)輛。隨著電動(dòng)汽車(chē)保有量的增加，其安全性問(wèn)題日益凸顯，而電動(dòng)汽車(chē)的安全性問(wèn)題主要來(lái)源于它的動(dòng)力系統(tǒng)——鋰離子電池。鋰離子電池的安全問(wèn)題主要是由熱失控引起的起火、爆炸等[2]，而引起熱失控的原因之一是電池內(nèi)部發(fā)生短路。
目前對(duì)于鋰離子電池?zé)崾Э氐难芯恐饕杏谝环N類(lèi)型電池的建模分析和試驗(yàn)分析[3-5]，本文針對(duì)18650型電池和方形電池采用不同的方法，模擬電池模塊中單體內(nèi)短路引發(fā)熱失控，探索適合動(dòng)力電池模塊熱失控驗(yàn)證的方法。
1、單體內(nèi)短路
一般情況下，濫用試驗(yàn)中發(fā)生內(nèi)部短路的危險(xiǎn)性最大。電池發(fā)生內(nèi)部短路時(shí)，內(nèi)部溫度升高。高溫會(huì)誘發(fā)電池材料發(fā)生一系列放熱反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量促使電池內(nèi)部溫度進(jìn)一步升高而加劇放熱反應(yīng)速率。最終，放熱反應(yīng)和高溫兩個(gè)方面相互影響，呈現(xiàn)一種失控狀態(tài)， 即熱失控，從而引起鋰離子電池發(fā)生燃燒、爆炸等安全事故[6-7]。目前，電池的內(nèi)短路主要由以下2種原因造成：第一隔膜缺陷、原材料被污染或者是外來(lái)物體的殘留等缺陷在電池的運(yùn)輸和使用過(guò)程中會(huì)被不斷惡化和放大。現(xiàn)階段，即使是有著最好的質(zhì)量控制的電池生產(chǎn)商都不能完全避免生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的金屬雜質(zhì)或毛刺；第二電池的使用超出了生產(chǎn)廠商規(guī)定的電流、電壓和溫度適用范圍[8]。一個(gè)能被業(yè)界所普遍接受的測(cè)試內(nèi)短路的方法應(yīng)該具備以下特征：1、能夠適應(yīng)電池的結(jié)構(gòu)和形狀的變化（圓柱形或方形電池都可以使用）；2其測(cè)試結(jié)果要能夠和其他變量的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。各種內(nèi)短路可歸納為以下四類(lèi)：負(fù)極到正極，負(fù)極到鋁箔，銅箔到鋁箔，銅箔到正極，如圖1所示[8]：
2、單體內(nèi)短路方法介紹
本文采用具有相同正極材料的18650型電池和方形電池進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)M，試驗(yàn)電池內(nèi)短路觸發(fā)方法為電阻絲加熱和針刺。
2.1 電阻絲加熱
采用電阻絲加熱方法模擬電池因環(huán)境溫度劇烈變化引發(fā)的鋰離子電池?zé)崾Э亍ｋ姵馗裟な怯蒔P/PE/PP三層隔膜組成，其中PP的熔點(diǎn)為165℃，PE的熔點(diǎn)為135℃[9]。通過(guò)將電阻絲纏繞在鋰離子電池表面進(jìn)行加熱，迅速產(chǎn)生的大量的熱量，使隔膜發(fā)生變形收縮，正負(fù)極連接，引發(fā)電池內(nèi)短路，最終引發(fā)電池?zé)崾Э亍?/p>
2.2 針刺
通過(guò)鋼針穿刺鋰離子電池模擬電池內(nèi)部的金屬異物引發(fā)鋰離子電池?zé)崾Э亍ｄ撫槾倘腚姵睾螅鳛榻饘賹?dǎo)體連接了正負(fù)極，使電池發(fā)生內(nèi)短路，短路位置將產(chǎn)生大電流，并迅速產(chǎn)生大量的熱量，最終引發(fā)電池?zé)崾Э亍?/p>
3、動(dòng)力電池模塊熱失控驗(yàn)證方法
3.1 電阻絲加熱
3.1.1 18650電池
試驗(yàn)采用某18650電池。通過(guò)計(jì)算將一定內(nèi)阻的電阻絲纏繞在電池表面，并在該電池殼體外側(cè)布置溫度傳感器，然后將此電池布置于電池模塊中央位置，與該電池相鄰的電池也布置相同的溫度傳感器。電池采用并聯(lián)組裝成模塊后，采用廠家規(guī)定的充電方法將電池充至滿(mǎn)電。將電阻絲連接至外接電源，溫度傳感器連接至溫度巡檢儀；記錄電池模塊初始狀態(tài)（電壓、溫度等），持續(xù)加熱電池至其發(fā)生失效，斷開(kāi)外接電源，觀察模塊是否發(fā)生熱失控。試驗(yàn)設(shè)備和模塊狀態(tài)如圖2所示：
3.1.2 方形電池
試驗(yàn)采用某方形電池。將與上述相同的電阻絲，纏繞在電池表面，并在被加熱電池表面和相鄰電池表面布置溫度傳感器，電池組成模塊后按廠家規(guī)定充電方法將模塊充至滿(mǎn)電。加熱方式和溫度記錄與上述試驗(yàn)相同，持續(xù)加熱電池至其發(fā)生失效，斷開(kāi)外接電源，觀察方形電池模塊是否發(fā)生熱失控。試驗(yàn)?zāi)K如下圖3所示：
3.2 針刺
3.2.1 18650電池
試驗(yàn)采用某18650電池。選擇針刺電池的位置（如圖4），在此電池和相鄰電池表面布置溫度傳感器。電池按并聯(lián)組裝成模塊后，采用廠家規(guī)定的充電方法將電池充至滿(mǎn)電。將模塊固定于針刺臺(tái)架上，連接好溫度巡檢儀。使用直徑1mm的鋼針以1mm/s的速度穿刺電池至其起火，觀察模塊是否發(fā)生熱失控。
3.2.2 方形電池
試驗(yàn)采用某方形電池。選擇針刺電池的位置（如圖5），相鄰電池表面布置溫度傳感器，電池組成模塊后，按廠家規(guī)定充電方法將電池充滿(mǎn)電。使用直徑1mm的鋼針以1mm/s的速度穿刺電池至其起火，觀察模塊是否發(fā)生熱失控。
4、動(dòng)力電池試驗(yàn)結(jié)果及分析
4.1 電阻絲加熱
4.1.1 18650電池
樣品一、被加熱電池持續(xù)加熱過(guò)程中，安全閥打開(kāi)泄壓，繼續(xù)加熱電池，電池從正負(fù)極兩端爆開(kāi)，有明火噴出，持續(xù)約3秒后，有大量濃煙冒出。從圖6可看出被加熱電池持續(xù)加熱1分45秒后，溫度升至135℃，電池爆炸，溫度迅速升至690℃左右。這是因?yàn)楸患訜釂误w隔膜持續(xù)收縮，隔膜收縮后正負(fù)極接觸，發(fā)生內(nèi)短路并產(chǎn)生大量的焦耳熱，大量的熱量又進(jìn)一步促進(jìn)了電池內(nèi)部的反應(yīng)，最終導(dǎo)致單體失控。系）在被加熱電池爆炸前，由于電阻絲的熱輻射使相鄰電池溫度由35℃增至110℃左右，斷開(kāi)外接電源后，相鄰電芯溫度有下降趨勢(shì)。當(dāng)被加熱電池爆炸后，電池溫度迅速下降，而相鄰電池溫度則緩慢上升至所有電池溫度相同。
樣品二、被加熱電池在試驗(yàn)開(kāi)始120s后發(fā)生起火爆炸，溫度迅速攀升到660℃左右。相鄰電池溫度緩慢爬升，在試驗(yàn)開(kāi)始3min后，兩枚電池發(fā)生熱失控，之后6min內(nèi)所有電池發(fā)生熱失控。樣品二與樣品一區(qū)別在于電池間距變小。由圖7可以看出電池溫度迅速攀升是在160℃左右，這是因?yàn)閱误w內(nèi)部隔膜受熱變形、收縮導(dǎo)致正負(fù)極連接，發(fā)生內(nèi)短路，產(chǎn)生很大的電流，并迅速產(chǎn)生大量的焦耳熱所致。
4.1.2 方形電池
樣品一 閉合開(kāi)關(guān)加熱電池，當(dāng)被加熱電池溫度上升至200℃左右時(shí)，安全閥沖開(kāi)泄壓，溫度下降至190℃，繼續(xù)加熱電池單體，相鄰電池安全閥相繼沖開(kāi)（被加熱電池未發(fā)生爆炸），溫度均達(dá)到300℃，其中一只電池單體（最外側(cè)）安全閥沖開(kāi)時(shí)噴火、電解液燃燒，但模塊未發(fā)生爆炸，這說(shuō)明安全閥起到了非常好的泄壓作用，使電池在內(nèi)短路大量產(chǎn)氣后及時(shí)排出氣體，避免電池發(fā)生爆炸。
樣品二 閉合開(kāi)關(guān)加熱電池，電池溫度持續(xù)緩慢上升，從圖8可以看出，整個(gè)模塊溫度最高上升至142℃，試驗(yàn)過(guò)程中所有單體溫度上升趨勢(shì)一致，這是因?yàn)榉叫坞姵貑误w之間傳熱面積大，加熱過(guò)程中，熱量同時(shí)輻射給了兩側(cè)的單體。被電阻絲纏繞電池在142℃左右，安全閥打開(kāi)，電池溫度下降，而該電池單體兩側(cè)單體溫度也隨之下降。升溫過(guò)程持續(xù)時(shí)間約40min，電池模塊未發(fā)生熱失控。
4.2 針刺
4.2.1 18650電池
如圖9所示，針刺前檢測(cè)電池溫度為25℃，電池被鋼針穿刺后大量冒煙并噴火，（2）被針刺電池發(fā)生熱失控，這是因?yàn)殇撫槾倘牒筮B接了電池正負(fù)極，形成內(nèi)短路，并迅速產(chǎn)生大量焦耳熱，大量的熱量又進(jìn)一步促進(jìn)電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)。電池最高溫度達(dá)到630℃左右，隨后電池溫度逐漸下降，相鄰電池溫度則緩慢上升，最高達(dá)到120℃左右。試驗(yàn)過(guò)程中，模塊未發(fā)生熱失控。
4.2.2 方形電池
如圖10所示，針刺前檢測(cè)電池溫度為30℃左右，電池經(jīng)鋼針穿刺后產(chǎn)生大量氣體，被針刺電池最高溫度達(dá)到105℃，隨后電池溫度逐漸下降，相鄰電池溫度則緩慢上升，最高達(dá)到100℃，模塊未發(fā)生熱失控。
5、結(jié)論
通過(guò)對(duì)18650電池和方形電池開(kāi)展電阻絲加熱和針刺試驗(yàn)，使模塊中電池內(nèi)短路，模擬電池模塊中電池發(fā)生熱失控，探索合適的熱失控驗(yàn)證方法，得出以下結(jié)論：
（1）對(duì)比針刺和電阻絲加熱試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)對(duì)同一種電池，電阻絲加熱觸發(fā)的內(nèi)短路使電池溫度上升更高，我們認(rèn)為這是電阻絲加熱引入的熱量所致；
（2）電阻絲加熱過(guò)程中，會(huì)給相鄰電池帶入大量熱量，如果模塊間距較小，極有可能使被加熱電池和相鄰電池都發(fā)生熱失控，從而導(dǎo)致試驗(yàn)?zāi)M失敗，因此我們認(rèn)為針刺方法是更適合18650電池和方形電池模塊熱失控安全性驗(yàn)證的方法；
（3）泄壓安全閥在電池內(nèi)短路時(shí)，能夠降低電池內(nèi)部壓力和溫度，防止電池發(fā)生熱失控，起到保護(hù)作用；
（4）電解液高速?lài)姵鰰r(shí)引發(fā)的起火并不是導(dǎo)致相鄰電池溫度上升和失效的主要原因。
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Research on Thermal Runaway Method of Dynamic Battery
Qin Liwei, Zhao Jiuzhi, Wu Guohui, Wu Feichi
（New energy vehicle academy, Technical Center, AnHui JiangHuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601）
Two methods of the internal short circuit of the dynamic lithium-ion battery were carried out to research the thermal runaway of the dynamic lithium-ion battery。The results show that the thermal runaway of the dynamic lithium-ion battery performs differently at the different test methods. The nail penetration is more suitable for the dynamic lithium-ion battery than the heating by the resistive wire and the heating of the battery will generate more heat，witch make the thermal runaway of the dynamic lithium-ion battery easier.
thermal runaway; nail penetration; resistive wire
U467.3
A
1671-7988(2016)10-13-04
第一作者：秦李偉（1983.10-），男，碩士，工程師，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，新能源汽車(chē)研究院。主要從事電動(dòng)汽車(chē)電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。
吳國(guó)輝（1989.3-）男，本科，工程師，就職于安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，新能源汽車(chē)研究院。主要從事電動(dòng)汽車(chē)電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。
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