動(dòng)力鋰電池的火災(zāi)一般都是由一個(gè)或者幾個(gè)電芯的熱失控開(kāi)始的，所以我們研究電芯的熱失控很必要。

常見(jiàn)的熱失控原因包括三大方面，濫用、電池老化，電池使用過(guò)程當(dāng)中有很多的變化。第三點(diǎn)就是制造過(guò)程當(dāng)中的缺陷，目前制造缺陷其實(shí)是很難防止的，雖然是PPM級(jí)的，但是當(dāng)我們把電池單體集成成系統(tǒng)之后，這個(gè)比例其實(shí)也是比較高的。

第一個(gè)方面，有關(guān)濫用過(guò)程當(dāng)中造成的內(nèi)短路情況，再細(xì)分包括機(jī)械濫用、電濫用、熱濫用，以己多種應(yīng)力綜合用途下的濫用情況，這些情況在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)當(dāng)中已經(jīng)做了相應(yīng)要求，但是對(duì)電池老化過(guò)程當(dāng)中一些結(jié)構(gòu)損傷或者直徑生長(zhǎng)，以及制造缺陷造成的內(nèi)短路，現(xiàn)在的法規(guī)沒(méi)有要求，以現(xiàn)在的技術(shù)手段也比較困難提前預(yù)知這樣的情況發(fā)生。所以這種情況下，我們提出了熱失控以及熱擴(kuò)散的測(cè)試項(xiàng)目，這個(gè)情況SAEJ2464以及UL2580已經(jīng)對(duì)熱擴(kuò)散有相應(yīng)要求了。

目前，無(wú)論是單體電池還是電池系統(tǒng)，能量密度都逐步提高，根據(jù)我們測(cè)試的數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，常規(guī)使用狀態(tài)下，同樣倍率充放電的時(shí)候，電池的能量密度越高，熱穩(wěn)定性相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)變差一些，也就是更容易發(fā)生熱失控?；谶@樣的考慮，新的國(guó)標(biāo)把熱擴(kuò)散項(xiàng)目引進(jìn)來(lái)，通過(guò)現(xiàn)行國(guó)標(biāo)以及即將要公布的國(guó)標(biāo)項(xiàng)目比較我們發(fā)現(xiàn)，新國(guó)標(biāo)當(dāng)中其實(shí)是弱化了對(duì)單體電池的要求，同時(shí)刪除了對(duì)模塊的要求，但是在電池系統(tǒng)當(dāng)中是新增了熱擴(kuò)散以及過(guò)熱保護(hù)。其實(shí)熱擴(kuò)散是一個(gè)比較關(guān)鍵的項(xiàng)目，而且我個(gè)人覺(jué)得熱擴(kuò)散項(xiàng)目基本上可以認(rèn)為是關(guān)于動(dòng)力鋰電池以及電池系統(tǒng)，乃至電動(dòng)汽車整車的一個(gè)安全性綜合測(cè)評(píng)項(xiàng)目，可以說(shuō)是為了保護(hù)人員最后的一道防線。

第二部分簡(jiǎn)單介紹一下現(xiàn)行的相關(guān)熱擴(kuò)散的一些測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，第一個(gè)方面是SAEJ2464，測(cè)試對(duì)象要求模塊和電池包，測(cè)試目的很明確，要求單個(gè)電池發(fā)生熱失控事件的時(shí)候，系統(tǒng)具備防止熱失控事件傳播到相鄰電池的能力，也建議制造商先在電池模塊進(jìn)行測(cè)試，我們?cè)趪?guó)內(nèi)很多公司也是這樣的思路，先從模組層級(jí)進(jìn)行測(cè)試。

測(cè)試方法，相比現(xiàn)在我們制定當(dāng)中的國(guó)標(biāo)是略高一些的，要求電池是百分之百SOC，同時(shí)在55度或者電池最高工作溫度狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)要求五分鐘內(nèi)加熱到400度或者說(shuō)電池發(fā)生熱失控。當(dāng)然也可以公司供應(yīng)自己的方法，只要把熱失控的方法比較詳細(xì)描述出來(lái)即可，標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中推薦了五個(gè)測(cè)試位置，測(cè)試中要記錄的數(shù)據(jù)包括溫度、電壓等以及照片視頻，還有就是一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，包括起火爆炸以及有毒物質(zhì)泄露。

這幅圖展示的是2464當(dāng)中推薦的五個(gè)我們可以選取的觸發(fā)點(diǎn)，僅僅是一個(gè)示意而已，因?yàn)閷?shí)際當(dāng)中電池外形結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比這個(gè)復(fù)雜，僅供我們參考。

第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是UL2580，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)直接引用了2464的測(cè)試方法，進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候電池樣品不能發(fā)生外部起火或者爆炸的。

EVS-GTR電動(dòng)汽車安全全球技術(shù)法規(guī)，目前一階段的工作成果，形成了一個(gè)文檔，用來(lái)說(shuō)明由于內(nèi)短路，并且在附錄當(dāng)中供應(yīng)了我國(guó)和日本共同研究的測(cè)試程序，作為參考。二階段現(xiàn)在的工作正在研究當(dāng)中，重要內(nèi)容包括熱失控測(cè)試方法的研究，我們要在二階段獲得高重復(fù)性的觸發(fā)方法。研究測(cè)試設(shè)備的影響，以及在二階段明確基本原則，什么樣的測(cè)試條件或者說(shuō)什么樣的改動(dòng)可以接受。再研究一些潛在的熱失控觸發(fā)方法，也是為了獲得更好的實(shí)驗(yàn)重復(fù)性。

最后研究判斷熱失控是否通過(guò)的合理性，并且最終形成判定條件。

這是我們中方工作計(jì)劃，重要內(nèi)容包括四個(gè)部分，包括觸發(fā)方法研究，以及判定條件研究，還有同一方面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可重復(fù)性，以及不同方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果的等小型的研究，最后是熱擴(kuò)散項(xiàng)目判定條件研究。首先要研究不同的觸發(fā)方法，明確不同觸發(fā)方法的參數(shù)，獲得高重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)方法。以加熱作為一個(gè)例子來(lái)介紹，其實(shí)影響我們實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很多條件，其中加熱功率和加熱位置是對(duì)結(jié)果影響最大的兩個(gè)關(guān)鍵因素，所以我們會(huì)把這兩個(gè)參量拿出來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，說(shuō)到重復(fù)性，只是一個(gè)語(yǔ)言表述上的東西，沒(méi)有量化含義，為了更好評(píng)估重復(fù)性，做了一個(gè)數(shù)量化含義，用加熱時(shí)間和熱失控溫度，這兩個(gè)熱失控發(fā)生過(guò)程當(dāng)中比較關(guān)鍵的參量的標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)作為評(píng)判實(shí)驗(yàn)方法可重復(fù)性依據(jù)。

當(dāng)我們開(kāi)展了大量實(shí)驗(yàn)之后，可以通過(guò)比較加熱時(shí)間以及熱失控溫度的標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)，即重復(fù)性的好壞來(lái)獲得重復(fù)性較好的實(shí)驗(yàn)條件，進(jìn)一步我們可以通過(guò)其他的約束條件，比如說(shuō)加熱時(shí)間，以及系統(tǒng)當(dāng)中引進(jìn)能量多少，縮小目標(biāo)范圍，我們希望最終獲得加熱功率與電池能量以及電池重量之間的函數(shù)關(guān)系，或者說(shuō)之間的函數(shù)關(guān)系范圍。以便我們?cè)诤罄m(xù)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中給所有的機(jī)構(gòu)參考，從而獲得比較好的實(shí)驗(yàn)可重復(fù)性。

為了開(kāi)展這個(gè)工作，我們做了一個(gè)測(cè)試計(jì)劃，每款電池要做兩百個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)，工作量很大，這可能也是我們后期工作的難點(diǎn)。目前我們也是在進(jìn)行理論上的一些分析，以及結(jié)合一些仿真工作，想辦法降低實(shí)驗(yàn)量的工作。簡(jiǎn)單介紹一下已經(jīng)開(kāi)展的工作，這是一個(gè)18650的電池，選擇了80W、100W、120W的加熱功率，進(jìn)行加熱觸發(fā)熱失控。最關(guān)鍵的量是標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)，可以看到80W加熱條件下，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)都是比較低的，重復(fù)性相對(duì)來(lái)說(shuō)更好，當(dāng)然了這個(gè)實(shí)驗(yàn)條件很少，我們要更大量的實(shí)驗(yàn)獲得最好的條件。把三個(gè)實(shí)驗(yàn)溫度曲線放在一起，我們可以看到結(jié)果比較一致，80W加熱的時(shí)候，可重復(fù)性直觀上看還是比較好的。這是我們現(xiàn)在開(kāi)展的工作，后續(xù)還有很多工作要做。

第三部分是我個(gè)人對(duì)國(guó)標(biāo)當(dāng)中熱擴(kuò)散的理解，這部分可能也是很多公司現(xiàn)在比較關(guān)注的點(diǎn)。因?yàn)闊釘U(kuò)散畢竟是新項(xiàng)目，而且是半開(kāi)放的項(xiàng)目，其中有很多不確定的東西，國(guó)標(biāo)當(dāng)中基本要求和前面的標(biāo)準(zhǔn)是一致的，電池系統(tǒng)由于單個(gè)熱失控進(jìn)而導(dǎo)致乘員艙發(fā)生危險(xiǎn)前五分鐘要發(fā)出熱事件報(bào)警信號(hào)，對(duì)國(guó)標(biāo)當(dāng)中危險(xiǎn)的理解是起火爆炸，暫時(shí)沒(méi)有把煙霧進(jìn)入乘員艙作為危險(xiǎn)（電池系統(tǒng)作為測(cè)試對(duì)象），公司可以把它當(dāng)做一個(gè)要求。因?yàn)檫@個(gè)項(xiàng)目是半開(kāi)放項(xiàng)目，所以要公司和測(cè)試機(jī)構(gòu)共同來(lái)完成，并且要公司供應(yīng)比較多的說(shuō)明材料，以及設(shè)計(jì)和技術(shù)文件。測(cè)試機(jī)構(gòu)會(huì)依據(jù)公司相關(guān)設(shè)計(jì)以及論證方法開(kāi)展相應(yīng)的熱擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)。這一頁(yè)展示了公司要供應(yīng)的一些文件，相對(duì)來(lái)說(shuō)詳細(xì)一點(diǎn)的要求，重要就是包括報(bào)警信號(hào)以及說(shuō)明電池包和系統(tǒng)安全性的技術(shù)文件，這個(gè)技術(shù)文件其實(shí)涵蓋的內(nèi)容比較多，包括我們對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的分析，以及應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的策略，包括結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)、功能上的設(shè)計(jì)，以及這些功能的實(shí)現(xiàn)途徑等等。

這是把我們?cè)陂_(kāi)展熱擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中可能遇到的不同情況進(jìn)行了匯總，應(yīng)該有五種可能的情況，從最左上角的電芯開(kāi)始，假如電池本身通過(guò)不同的觸發(fā)方法并不能觸發(fā)熱失控的話，這個(gè)項(xiàng)目，這是我目前的理解，最終標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有公布出來(lái)，對(duì)征求意見(jiàn)稿的理解，當(dāng)電芯不能觸發(fā)熱失控的時(shí)候，可以認(rèn)為是直接通過(guò)了，當(dāng)然這也是要通過(guò)實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證的；假如電芯可以觸發(fā)熱失控，又分了幾種情況，電芯檢測(cè)到熱失控，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，只有一個(gè)電芯發(fā)生熱失控，但是沒(méi)有擴(kuò)散，沒(méi)有出現(xiàn)危害，沒(méi)有發(fā)生起火和爆炸，這種情況是通過(guò)的。假如發(fā)出報(bào)警信號(hào)，電池發(fā)生了熱擴(kuò)散，但是同樣沒(méi)有發(fā)生危害，也是通過(guò)的，還有第二種和第三種情況，發(fā)生了熱擴(kuò)散，出現(xiàn)了危害，這個(gè)時(shí)候判斷是否通過(guò)的條件就是發(fā)出報(bào)警信號(hào)和危害之間的時(shí)間間隔，T小于5分鐘的時(shí)候是不通過(guò)的，T大于5分鐘是通過(guò)的，就是剛剛標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中說(shuō)的提前五分鐘給乘客發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒乘客逃生。

這個(gè)過(guò)程當(dāng)中還有幾個(gè)關(guān)鍵概念，包括熱失控，熱失控檢測(cè)以及報(bào)警信號(hào)，我們了解熱失控的含義不可控的放熱反應(yīng)，我們實(shí)際測(cè)試當(dāng)中，其實(shí)是很難實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)榫褪且粋€(gè)簡(jiǎn)單描述，所以國(guó)標(biāo)中我們給出了一個(gè)推薦判斷熱失控條件，為何說(shuō)是推薦，剛才塔菲爾講了不同的材料不同的體系不同的設(shè)計(jì)，可能電池性能差別很大。雖然電池發(fā)生熱失控的時(shí)候溫度是急劇新增的，假如我們定量分析的話，這之間的溫度也會(huì)有比較大的差別，所以現(xiàn)階段不太容易給出一個(gè)非常明確的含義。所以說(shuō)這塊標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中給了一個(gè)開(kāi)口，這個(gè)熱失控含義可以由公司自己來(lái)含義。

這一頁(yè)是對(duì)報(bào)警信號(hào)的理解，因?yàn)閳?bào)警信號(hào)直接決定了時(shí)間間隔T，到底是不是通過(guò)，報(bào)警信號(hào)是非常關(guān)鍵的一個(gè)點(diǎn)，報(bào)警信號(hào)具體會(huì)發(fā)生在什么時(shí)候，一般公司設(shè)置包括四種情況。在圖中假如說(shuō)以虛線的紅色框作為熱失控發(fā)生實(shí)際的點(diǎn)，報(bào)警信號(hào)可能會(huì)在熱失控發(fā)生過(guò)程當(dāng)中，或者說(shuō)熱失控發(fā)生之后發(fā)出報(bào)警信號(hào)，這種情況是允許的，這種時(shí)候一定是確認(rèn)了電池發(fā)生熱失控了，但是假如報(bào)警信號(hào)發(fā)生在熱失控實(shí)際發(fā)生之前，有兩種情況，一種情況是報(bào)警信號(hào)發(fā)出了，沒(méi)有發(fā)生熱失控，這種情況下不允許，只有當(dāng)電池發(fā)生熱失控之后，才會(huì)認(rèn)為實(shí)驗(yàn)是正常可接受的。

歸納起來(lái)講，報(bào)警信號(hào)的發(fā)出時(shí)間沒(méi)有明確要求，但是報(bào)警信號(hào)發(fā)出之后我們的觸發(fā)條件要停止，但是一定要確保電池不要發(fā)生熱失控。

第四點(diǎn)，幾種觸發(fā)電池內(nèi)短路、熱失控的方法。這一頁(yè)P(yáng)PT去年報(bào)告當(dāng)中也有用到，簡(jiǎn)單介紹一下，重要包括理論上模擬內(nèi)短路情況，我們制造電池內(nèi)部的一些缺陷，不管是引入一些雜質(zhì)，還是說(shuō)制造隔膜缺陷，這是一種方法，但是這種方法要電池廠在生產(chǎn)階段就做相應(yīng)的設(shè)計(jì)和處理，所以說(shuō)實(shí)踐難度還是比較高的。

剩下的幾種方法，包括針刺、加熱、過(guò)充，很多過(guò)充是無(wú)效的，很難觸發(fā)熱失控，現(xiàn)在關(guān)注點(diǎn)是在針刺和加熱。還有其他的方法，激光、自加熱等等。

介紹一個(gè)自加熱方面，是把一個(gè)熱電阻連接在電池正負(fù)極，通過(guò)電池自己短路的熱量來(lái)加熱電池觸發(fā)熱失控。這個(gè)方法現(xiàn)在正在驗(yàn)證階段，大家可以驗(yàn)證一下這個(gè)方法的可行性

第五點(diǎn)是熱擴(kuò)散測(cè)試的注意事項(xiàng)。分成試驗(yàn)前、試驗(yàn)中和試驗(yàn)后，大家想象一下，煙很大，火也很大，在做這個(gè)試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中，試驗(yàn)前為了盡可能小的對(duì)電池進(jìn)行改動(dòng)，要一些線束可以通過(guò)電池標(biāo)原有的高低壓接口進(jìn)行連接的，假如我們做加熱實(shí)驗(yàn)，假如額外打孔或者從密封結(jié)構(gòu)引線進(jìn)去的話一定會(huì)破壞電池密封結(jié)構(gòu)，因?yàn)樽鲈囼?yàn)過(guò)程當(dāng)中并不要用到電池的正負(fù)極，我們?cè)谧龈脑斓臅r(shí)候，其實(shí)可以直接利用動(dòng)力線束把加熱線引進(jìn)去的，這樣的話沒(méi)有破壞電池外殼密封的條件下做試驗(yàn)。很有可能準(zhǔn)備過(guò)程當(dāng)中就會(huì)破壞一些傳感器，我們額外的做一些冗余就會(huì)更好的幫助我們獲得數(shù)據(jù)。試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中一般會(huì)出現(xiàn)大量的有毒和可燃的煙氣，要考慮排風(fēng)以及尾氣處理，另外就是試驗(yàn)過(guò)程當(dāng)中可能會(huì)起火和爆炸，要做好相應(yīng)的防護(hù)和滅火處置工作。

試驗(yàn)后，因?yàn)樵囼?yàn)后的樣品可能沒(méi)有完全發(fā)生熱失控，也就是有一部分電池可能還有一些殘余能量，我們首先要把能量釋放盡再做后續(xù)處理。

有關(guān)有毒可燃?xì)怏w研究，我們基于國(guó)家重點(diǎn)研究計(jì)劃的課題在做，也是在和解放軍陸軍學(xué)院在做一些項(xiàng)目合作。前期重要研究了不同的電池發(fā)生熱失控的一些氣體種類和含量，的確會(huì)出現(xiàn)一些有毒物質(zhì)，當(dāng)我們?cè)谕瑯芋w積的密閉空間當(dāng)中做不同容量的電池?zé)崾Э氐臅r(shí)候我們發(fā)現(xiàn)一氧化碳含量會(huì)有明顯的新增，但是其他氣體含量并沒(méi)有特別大的變化，可能是在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，一氧化碳的生成具有一定的優(yōu)先權(quán)，可能會(huì)優(yōu)先生成一氧化碳，假如環(huán)境是開(kāi)放的，可能一氧化碳會(huì)進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成二氧化碳。

最后一部分是有關(guān)熱失控預(yù)防與檢測(cè)，這塊我只是簡(jiǎn)單提一下。我們想到的包括電解液泄露檢測(cè)，可以在早期做一些預(yù)測(cè)，另外就是電氣連接失效監(jiān)控，可以通過(guò)電流電壓的變化或者說(shuō)溫度信息判斷電路連接上的一些失效，還有就是煙和火的監(jiān)控等等，創(chuàng)為的李總應(yīng)該會(huì)有比較好的方法。

另外就是內(nèi)短路監(jiān)測(cè)，我們了解內(nèi)短路發(fā)生其實(shí)是一個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)要一段時(shí)間的過(guò)程，最開(kāi)始一般情況下，內(nèi)短路是小范圍發(fā)生，并不會(huì)出現(xiàn)安全性問(wèn)題，僅僅是在性能上或者說(shuō)電壓上有一些變化，假如我們能夠比較好的在早期發(fā)現(xiàn)電池內(nèi)短路，關(guān)于我們預(yù)防和判斷電池?zé)崾Э匕l(fā)生是有比較大幫助的。