比亚迪&宁德时代| 电池安全是一套系统而不仅是针刺实验

文摘   2024-12-11 21:07   广东  

关于动力电池安全
针刺只是关于单个电芯安全性的测评,新能源汽车是整个电池包的安全,涉及几百个电芯。所以比亚迪用针刺来说明单个电芯安全远远不能说明整个新能源汽车的电池包就安全。前面写了一篇《比亚迪&宁德时代| 如何正确评价动力电池的安全性(本质)



今天来讨论新能源汽车电池包的热管理

如果你看过宁德时代电池新品的发布会,你肯定会注意到,每一次电池新品发布会都会重点讲这个电池是如何做热管理的,用了什么液冷技术,有多少水冷板散热等,如下图所示

核心原因是热管理对电池安全极其重要。





电池为什么要做热管理?

动力电池的大型化、成组化应用使得锂离子电池组的散热能力远远低于产热能力。锂离子电池组在高倍率充放电的过程中会产生大量的热量,若散热不及时,会造成热量堆积,使电池温度过高、模块间温度分布不均衡,引起热电耦合等问题。


由于新能源汽车的车载电机在行驶过程中所需的电压需要达到300V以上,而锂离子电池的单体电压一般都在3.3~3.6V之间,因此为了满足新能源汽车的使用要求,电池使用时往往需要串并联成为电池组,所需的电池单体数目巨大,甚至可能会达到上百块。


但电池单体之间活性物质活化程度、极板厚度、材质的均程度等都无法做到完全一致,这些差别将导致电池容量、内阻、开路电压、剩余电量等参数的不一致,上述参数的不一致在电池串联成组使用时制约电池组整体性能的发挥。在运行工况较复杂时,由于电池单体温度的不一致,部分电池会出现温度超出合理范围从而导致电池着火、甚至发生爆炸等一系列危险事故。


热管理非常重要,因为高温是加速电芯老化的敏感条件,当电池组内部电芯温度差异过大时,电芯的老化速率的差异也会很大。通常温度高的电芯老化速度要快于温度低的电芯,而电池组的寿命取决于性能最差的电芯,因此温度不均衡意味着电池组的预期寿命会缩短。

锂离子电池的最佳工作温度范围相对较窄(通常为10~35℃),而新能源汽车实际应用场景的温度范围则更加广泛(通常为-20~45℃)


为什么电池需要冷却?


然而若温度过高,如锂离子电池温度远远高于45℃,则会造成电池内部电解液的分解变质,破坏化学平衡,导致电池容量衰减、加速老化等一系列不良副反应的发生,缩短电池的使用寿命并存在很大的安全隐患。


在较高温度下工作,电芯会因加速老化而衰减寿命。2012年,一群亚利桑那地区的日产聆风车主抱怨,他们的车辆在很短的时间内就出现了很多问题,比如续驶里程短、电池容量衰减快等。


通常电池的额定性能是电池依照制造者规范设计能够表现出的平均性能,但是持续的高温环境以及极端的使用环境,会加速电池容量的衰减,从而使得行驶里程也出现了衰减。尽管日产用户手册试图告诉大家不当使用会降低电池寿命,但是没能引起客户应有的重视






为什么电池要加热?


在低温环境下,容易出现放电容量衰减、充电缓慢和功率降低等现象。锂离子电池充放电的本质是正负极材料与电解液之间产生的复杂电化学反应。


众所周知,温度对化学反应的进行有很大的影响,因此电池性能在很大程度上受到温度因素的影响。电池内部化学反应主要集中在电极和电解液的接触界面上,如果温度较低,例如锂离子电池温度低于0℃时,其内部的有机电解液会变得更加黏稠甚至凝结,这会阻碍电解液内导电介质的活动,致使参与反应的介质数量减少,造成外电路电子迁移速度不匹配,导致电池出现严重极化。


低温环境下电池负极会形成金属锂枝晶容易刺穿电池内部隔膜,影响电池的使用寿命并造成安全问题。同时,低温会引起电池内部化学反应速率的下降,电池充电缓慢,使得放电电压平台效应、放电电流和输出功率显著下降,导致电池的性能恶化。



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