【电池设计】电池包内部电芯平置与倒置两种摆放方式的优缺点及影响分析
【储能消防】工商业储能系统消防要求及方案说明
>磷酸铁锂电芯热失控原因剖析
过充电引发热失控
在磷酸铁锂电芯的使用过程中，过充电是引发热失控的一个重要原因。当电池管理系统本身对过充电的电路安全功能存在缺失时，就可能导致电池过充现象的发生。比如说，若电池管理系统未能有效监控每一节电池的电压，就没办法精准把控充电情况，使得电池在已经达到合适电量后还在持续充电。
而这种过充电行为，会让电池内部产生过多热量，当热量积聚到一定程度，超出了电池正常散热以及所能承受的范围，就容易触发热失控。
针对这类过充电引发热失控的问题，我们可以采取一些相应的解决办法。首先，要查找充电机是否存在故障，这可以通过充电机的完全冗余来解决，确保充电机能够正常、安全地为电池充电，避免出现不合理的过充情况。其次，要对电池管理系统进行完善，保证其能合理且精准地监控每一节电池的电压，实时掌握电池的充电状态，一旦接近充满或者出现异常电压情况，及时进行调整，防止过充电现象的出现，进而降低热失控风险。
过热导致热失控
过热同样是导致磷酸铁锂电芯热失控的常见因素。一方面，电池选型和热设计不合理可能会引发过热情况。例如，如果所选电池本身的散热性能较差，或者电池模组的布局不利于热量散发，在正常充放电过程中产生的热量就难以有效排出，热量不断累积，温度持续升高，最终可能触发热失控。另外，短路也是造成电池过热的一大隐患，像外短路会使电池的温度急剧升高，还有电缆的接头松动等情况，也可能影响电路稳定性，间接导致电池温度异常上升。
从应对策略来讲，我们可以从电池材料设计与电池管理两个角度出发。在电池材料设计方面，可以积极开发防止热失控的材料，这些材料能够在温度升高到一定程度时，阻断热失控的反应，抑制热量的进一步蔓延和反应加剧。从电池管理角度来看，通过技术手段预测不同的温度范围，依据温度情况来定义不同的安全等级，从而进行分级报警。比如，当温度达到某个预警值时，系统及时发出初级警报，提示相关人员关注电池状态；若温度继续升高接近危险值，就触发更高级别的警报，同时采取如限制充放电等相应措施，避免热失控情况的恶化。
机械因素触发热失控
机械因素也会触发热失控，其中碰撞就是典型的一种方式，在实验室进行碰撞仿真时，最接近实际碰撞情况的当属针刺试验了。以针刺试验为例，当对三元锂电池和磷酸铁锂电池进行针刺时，可以明显观察到不同的热失控表现过程。磷酸铁锂电池在这个热失控过程中，相较于三元锂电池，放热表现没有那么剧烈，这也说明了不同的材料在面对类似机械刺激时会有不同的反应，相对来说磷酸铁锂的安全性在这方面更具优势。
不过，尽管磷酸铁锂在机械因素影响下的热失控表现相对较好，但机械触发热失控的风险依然不可忽视。要解决此类由机械因素引发的热失控问题，关键就在于做好电池的安全保护设计。比如，在电池的外部增加坚固且具备一定缓冲性能的防护外壳，当受到外力撞击等机械作用时，外壳能够吸收和分散一部分能量，减少对电芯的直接冲击；或者优化电池内部的结构设计，使电芯在遭受机械干扰时，依然能够保持相对稳定的状态，降低内部短路等引发热失控的可能性。
内短路引发热失控
内短路是导致磷酸铁锂电芯热失控的另一个不容忽视的缘由。电池制造过程中产生的杂质、金属颗粒，以及充放电过程中电芯的膨胀收缩、析锂等情况，都有可能造成电池内部短路。而且这种内短路通常是缓慢发生的，它不像一些外部短路那样容易被及时察觉，其引发热失控的时间也难以确定，这就使得问题变得更为棘手。即便进行相关试验，目前全世界的专家也还没有找到能够重复由杂质引起的内短路的过程，可见其复杂性和研究难度之大。
当下，解决内短路问题面临着诸多难点，但也有一些相应的措施可以采取。首先，要选择优质的电池厂商，优质厂商在电池生产工艺、质量把控等方面往往更为严格，能够最大程度减少杂质混入、工艺缺陷等导致内短路的因素，从源头上降低内短路发生的概率。其次，对内短路进行安全预测也很关键，借助先进的检测技术和算法，在热失控还未发生之前，尽力去发现那些存在内短路隐患的单体电芯，进而采取针对性的处理措施，比如提前更换有问题的电芯或者对其进行特殊的监控和维护等，以此来防范热失控情况的出现。
>磷酸铁锂电池设计注意要点梳理
电芯选择要点
在磷酸铁锂电池设计中，电芯的选择至关重要。首先，电芯类型、电压以及内阻需要严格匹配，这就如同组建一支配合默契的团队，各个 “成员” 的能力和特性要相互适配，才能让整个电池系统稳定高效地运行。例如，不同应用场景下，可能对电芯的电压、内阻等有着差异化要求，如果匹配不当，就容易出现诸如充放电不均衡等问题，影响电池的整体性能和使用寿命。
而且，在组装前一定要做好电芯均衡工作。可以使用专业的仪器设备，像万用表等，对每个电芯的电压和内阻进行精确测量，挑选出电压和内阻相近的电芯进行组装，尽量将电压误差控制在较小范围内，比如不超过 0.05V，内阻差异也不宜过大，以此来确保电芯的质量和各项参数符合电池整体设计要求，为后续电池良好的工作状态打下坚实基础。
外壳设计要点
对于磷酸铁锂电池的外壳设计，材料的选择要依据不同的使用场景来考量。像 PVC 热封这种形式，通常适用于电芯串并数量不多，整体重量较轻（≤2kg）的情况。但要是整体重量≥1kg 的磷酸铁锂电池组，那就需要在电芯之间加固定支架，外围加玻纤板防护后，再采用 PVC 热封，以此来保障电池的稳定性和安全性。
塑胶外壳也是常见的选择之一，不过要注意的是，不同的磷酸铁锂电池组如果还未定型，涉及到的外壳有可能需要开模，而模具费用往往是一笔不小的开支。所以在开发前期，产品未定型时，可以采用手板外壳打样的方式。并且，对外壳的材质和工艺要求不同，也会影响成本。
金属外壳同样如此，在产品未定型前或数量需求不多时，建议采用钣金制样，这样制样交期较短。要是批量较大，则可以考虑开模。同时，若对金属外壳有防水等级要求，那成本会相应增加，特殊材质、金属外壳要求的情况，成本也会更高。
此外，在外壳设计过程中，还有一些细节方面需要重点关注。比如极片连接，建议使用超声波或点焊焊接方法，要确保外壳设计能使极片不受外力影响；焊锡时间不能超过 3 秒钟，次数不能超过 5 次，待极片冷却后才能进行下一次焊锡；严禁直接加热电芯，因为高于 100℃就会损害电芯；锂电池的固定也很关键，电池最大面积的一面应该固定在外壳上，安装后电池不能有松动；而且外壳要有足够的机械强度，也就是具备一定的坚韧度，使电池免受机械撞击，更好地保护内部电芯和电路等结构。
组装工艺要点
在磷酸铁锂电池的组装工艺环节，有诸多需要谨慎对待的要点。比如在进行焊锡操作时，要严格把控时间和次数，焊锡时间一定不能超过 3 秒钟，次数也不能超过 5 次，并且每次都要待极片冷却后才能开展下一次焊锡，这样可以避免因焊锡操作不当引发的电芯损坏等问题。
在连接并焊线的过程中，连接电压采集线（均衡线）的时候，千万不要外接保护板，以防保护板意外烧坏，影响整个电池的正常组装以及后续使用安全。同时，在使用螺丝进行固定时，请务必使用法兰螺母，它能够有效防止螺帽脱落，确保连接的稳固性，让电池组牢牢固定住。
另外，绝缘硅胶的使用也不容忽视，利用绝缘硅胶再次固定，可以进一步增强电池组整体的稳定性，而且这种硅胶时间长了会固化，能长时间保障电池的固定状态。还有，安放保护板这一步骤也很关键，如果之前忘记做电芯的均衡，这可是电池组装前的最后机会了，可以通过均衡线做均衡。而且整个组装过程中，要严格限制电芯加热，严禁直接加热电芯，因为高于 100℃度会损害电芯，避免因电芯受损而埋下安全隐患。
定制设计要点
当涉及磷酸铁锂离子电池定制时，需要从多个维度去把握要点。
从定制性能方面来说，要明确所使用的磷酸铁锂离子电池设备的电性能，例如电压是多少、容量是多少等，这些基本的性能参数会直接影响到电池实际使用时的情况，所以必须清晰掌握，如果不清楚的话可将设备的性能告知锂离子电池生产厂家，以便厂家按照要求来定制。
在定制尺寸上，磷酸铁锂离子电池制造出来的尺寸要契合设备电池仓，这就需要提前了解设备电池仓的空间大小，如果不了解的话可以用卷尺测量一下电池仓的长宽高，确保电池能够顺利放入且与四周无太大的空隙，保障安装和使用的适配性。
定制形状也是很重要的一点，因为存在许多设备的电池仓是异形的，不是对应的磷酸铁锂离子电池可能放不进或者放置很松动，所以要根据实际的电池仓形状来定制电池形状，使其能更好地适配设备。
关于充电方式，磷酸铁锂离子电池定制时最好让锂离子电池厂家配备一套对应的充电器。由于不同的充电器电压和电流的差别很大，要是充电器电压过低的话可能充不进电，过高的话则会使电池温度过高，存在较大的安全隐患。
此外，选择专业的磷酸铁锂离子电池定制和设计厂家也十分关键。第一要根据自己实际使用磷酸铁锂锂离子电池组的需求来定制和设计，比如锂离子电池组的工作电压范围、工作使用的环境条件、使用条件状况、要工作多长时间、要带动的负载的最大功率、负载的性质、放置锂离子电池组的尺寸和重量要求等，这些因素关系到选择什么样的电芯来设计；第二要选择先进可靠的 BMS，它就如同电池的 “大脑”，先进的 BMS 要有多重检测和保护功能，要有电池电压的均衡功能，并且会使用可靠的检测和控制元器件；第三磷酸铁锂离子电池组订制厂家要有自己的核心技术，不能只是简单的拼装，这样才能保障定制出来的电池质量可靠，性能优良，满足实际使用需求，同时还需要考虑电池特性要求。
添加小编微信即可获得PPT模板！
1.长按下面二维码，识别并添加小编微信，即可获得20套精美PPT模板，无需其他操作，备注需求即可，谢谢！
2.商务合作与知识星球加入优惠沟通，亦可添加小编微信，请备注来意说明，谢谢！
欢迎关注
欢迎投稿 |预定广告 欢迎后台私信！
更多行业精选资料扫码加入【电池视界】下载
▼▼▼
