寧德時代吳興遠：基於動力電池熱失控與熱擴散安全性工程化的解決思路與探討 | 厚勢

2017 年 8 月 25 日，寧德時代新能源科技有限公司研發中心吳興遠博士在 2017 年國際電動汽車動力電池產業發展與技術創新峰會上做了主旨為「基於動力電池熱失控與熱擴散安全性工程化的解決思路與探討」的演講。

寧德時代新能源科技有限公司研發中心吳興遠博士演講

附吳興遠博士演講實錄：

2016 年動力電池發生過多起起火事件，從 1 月到 11 月份發生 29 起，有乘用車也有客車，總數加起來有 29 起 40 輛車。原因有自燃，還有一些原因沒分析出來。隨著銷量的增加，起火數逐漸增加，基本上呈一個正相關的關係。

在電池安全方面，剛才大家可能在法規上做了很多介紹，比方說 GB/T31485，還 GB/T31467 對電池系統的回放，2017 年 3 月份提出來徵求意見稿，可能對原先一些測試的東西做了一些修改，可以看到，這幾年電動汽車安全法規比較關注的。

另外就是，未來的市場需要什麼樣的電池，低成本、輕量化、長續航、可充電、高功率，等等。每一項對電池包安全性的要求都有成本，所以說這對我們電池的安全性帶來非常高的挑戰。

可以看到，新能源汽車的產銷量持續增長。所以，市場以及政策法規，都要求我們把電池的安全做好。

電池在幾種情況可能發生熱失控，比如說電池過熱，還有電熱的設計不合理，或者短路導致電池溫升，還有過充，有可能功能失效，或者其他保護的失效，還有電池內短路，還有低溫充電的時候，這些也有可能引發電池的熱失控，還有一些機械觸發。電池熱失控有這麼一幅圖，這個時候放熱速率不是很明顯，溫度過了這個點以後，大概在 250 多度左右，如果過了這個溫度，它的反應會集聚增快，電解質，然後是大線路內短路。

抑制電池包熱失控的方式有哪些？我這裡介紹一下電池包熱失控的一個過程，大概有這麼五個環節，首先是 BMS 失效，導致電池過充，或者電芯外部碰撞，這種濫用情況出現，會導致電芯熱失控。我們希望通過一些設計，防止電芯過熱擴散給隔壁的電芯，我們可以優化電芯設計，可以放一些隔熱材料，或者放一些 PCM 材料，改善一個熱傳播的情況，這樣電芯的一個熱量的傳播，如果做到這一點，電芯也是安全的。電芯熱失控防止電池包的爆炸和起火，把電池包產生的氣體排到車外，避免造成人員的傷亡。

可以優化電池包的尺寸，增加排氣通道增加這些措施。如果以上措施都失效了電池包最終還是起火爆炸了，這個時候我們就評估危害，比方說我們評估一下給乘客的逃生時間有多長，看逃生時間是不是滿足要求。

前面提到了好多抑制的方法，好像一聽上去這麼做就安全了，其實不是這麼簡單。比方說我們要是增加電池的保護的東西，要選合適了，包括隔熱材料一樣，如果選薄了，可能起不到保護的作用，如果選厚了，可能會增加能量密度，成本也增加，所以怎麼樣去做好這些各個產品特性的平衡？這個是非常關鍵的。

我們公司在這方面主要做法以模擬為主，在產品的驗證階段以測試為主。我講一下單電芯針刺的模型，這是一個電芯的示意圖，這是一個針刺的模型，當這個針刺到這個電池裡面以後會引起銅箔跟鋁箔直接短路，這時候，電化學反應，有固態的擴散，鋰離子的遷移。

這是一個模擬的結構，這是溫度的原圖，當這個外部的針刺到這個裡面之後，電芯已經達到 600 度以上，已經達到熱失控了。我們做一個電化學的材料優化跟選型，去抑制它的熱失控，優化材料體系之後會做一個測試驗證。

再一個主要考慮電芯與電芯之間的隔熱的設計，包括電芯與外界的一些輻射放熱、對流放熱等等，這裡是一個模擬結果，我們的目的是防止這個熱失控傳播到第二個電芯，是保證第二個電芯不會受影響，讓兩個電芯之間的熱量合理的隔開。

這是一個模組級別熱失控擴散測試，熱失控之後有兩個電芯就發生了熱失控，那麼其他的十幾個電芯有隔熱的處理，其他的電芯沒有發生熱失控，這是模組的電壓和溫度的信息，我們會在模組的電芯的正負級，要看溫度的一個情況，在這個案子裡面，隔熱的設計還是有效的。

如果模組設計成功了，電池包做一個優化。電池包級別有那麼幾個情況，壓力過渡直接把電池包散開，或者局部的破裂，第二個溫度過高，第一個過程就是當電芯爆開一瞬間有一個很強的衝擊力，這個模擬結構可以到 0.25 兆帕的，電池包的壓力累計不會超過我這個結構的一個能夠承受的極限。

這是我們一個排氣的測試結果，這是針刺實驗，可以看到上蓋已經鼓起，但是未破裂，到兩三秒鐘的時候，我們的防爆閥開始排氣，實驗結束，這個上蓋基本上是保持原樣。

這是介紹一下我們目前做的一些模擬，有一個是熱箱模擬，就是把電池放在溫度比較高的環境裡面，看電池的反應情況。

這裡我提的比較多的模擬，這裡對比一些模擬跟測試的優缺點。因為基本上到大家知道在設備開始的時候，樣品沒有做出來，沒法通過測試得出產品質量，模擬是一個非常好的工具，它在一定程度上指導設計的優化，所以模擬可以比較節省資源。如果完成測試的話，比方說我們一個電池包，如果完全用測試做安全設計的工作，這個成本對這個電池包會非常好。應用這個模擬，我們可以不斷去優化設計，然後盡量減少測試數量來降低開發的成本。

厚勢往期推送精選

-END-

文章精選

企業家

馬斯克和賈躍亭 ｜福特CEO下台｜正道汽車仰融

任正非裁員｜電池大牛凱爾提離開特斯拉

智能駕駛

BBC自動駕駛紀錄片｜自動駕駛第一案，谷歌訟Uber

高精地圖｜自動駕駛的災難｜英特爾收購Mobileye

自動駕駛的根本挑戰：人類意圖識別與人-車博弈難題

蘭德公司資深研究員：實現自動駕駛安全性的挑戰

測試時間從500年減少到半年，這才是美國聯邦自動駕駛法案的本質意義

美國工會牛！成功將「商用車」剔除出了眾議院自動駕駛法案

哈佛神經科學博士：自動駕駛汽車不會「讀心術」，但人會！

新能源汽車

全國50個新能源汽車項目大盤點

鋰電池發展趨勢｜汽車產業電動化進程

蘋果收購特斯拉？｜豐田和特斯拉決裂

全球汽車品牌價值榜｜德國螃蟹電動車

特斯拉Model Y｜無線充電大突破

2016市場分析和2017走勢

項目和評論

以色列最強10家自動駕駛創業公司

Momenta獲$4000萬B輪

百度系自動駕駛初創公司 Pony.ai 的突圍之路

這些大神從Google出走，創辦了五家（命運各異的）無人車公司

戴世智能帶你讀懂自動駕駛高精度行車定位技術

60歲英國傳奇創業老兵再戰自動駕駛，FiveAI融資2680萬英鎊

厚

勢

汽

車

為您對接資本和產業

新能源汽車 自動駕駛 車聯網

聯繫郵箱

[email protected]

閱讀原文，查看[哈佛神經科學博士：自動駕駛汽車不會讀心術，但人會！]