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欧阳明高:动力电池热失控的触发机理及主动安全防控的研究进展

2019年07月12日 04:16来源:未知手机版

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当前位置:首页 > 访谈 > 正文 欧阳明高:动力电池热失控的触发机理及主动安全防控的研究进展 知道啦 盖世文章评论上线啦! 看完来点我评论呗 x 快乐分享 新浪微博 微信朋友圈 微信好友 QQ空间 手机阅读 2019-06-23 22:52:30 盖世汽车

进入2019年4月以来,电动汽车燃烧事件频频发生。特斯拉在上海、中国香港、旧金山、比利时等地接连发生车辆自燃事件,而蔚来ES8亦在短短两个月内出现了三次自燃事故。此外,根据国家市场监督总局的数据显示, 2018年,我国至少发生了40起涉及电动汽车的火灾事故。为此,电动汽车尤其是动力电池安全问题引发行业高度关注,而动力电池安全本质则是电池热失控。

那么导致动力电池热失控的主要原因有哪些?而对于电池热失控情况下?针对此,6月23日,在由青海省人民政府、工业和信息化部、科学技术部、中国电动汽车百人会主办的“中国(青海)锂产业与动力电池国际高峰论坛”上,中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高进行了详细阐述。

中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长 欧阳明高

据了解,为了解决动力电池安全问题,欧阳明高所在单位清华大学较早建立了电池安全实验室,开展动力电池安全防控研究。实验室在不断测试过程中,提炼出了电池热失控的三个特征温度,自生热的起始温度T1和热失控的触发温度T2,以及热失控的最高温度T3。并基于这些测试全面揭示了三种热失控触发机理:第一种是负极析活性锂,第二种是内短路,第三种正极释活性氧。

基于这三种热失控机理,发展了动力电池热失控主动安全防控技术,包括电池充电析锂与快充控制、电池内短路与电池管理、单体电池热失控与热设计,电池系统热蔓延与热管理。以下是欧阳明高教授对于这四部分的详细讲解。

电池充电析锂与快充控制

近期发生的充电事故的分析表明,主要是不当快速充电或过充引发电池析锂,导致热失控温度大幅度下降,从219℃下降到107℃,并与电解液剧烈反应,导致电池在107℃发生热失控。

通过实验表征发现,在快充的时候能够明显看出析锂的产生,并通过对析锂机理进行研究,发现了析锂的完整过程,包括电池充电过程负极表面锂析出和重新嵌入,析出过程就是负极零电位之后形成,在电池停止充电之后,电位会恢复到零电位以上,这个时候会重新嵌入,然后所有的可逆锂均完全溶解,负极不再发生反应。

我们对这个机理建立了仿真模型,在常规电池准二维(P2D)模型基础上加入析锂反应的过程,并在此基础上,进行了仿真和验证。从仿真结果看,可以成功模拟充电析锂后电池静置过程中的电压平台,这个平台是重新嵌入的过程。对上述电压平台进行微分处理,可以定量得到整个析锂全过程的时间。以这个时间为一个变量,我们可以建立经验公式计算出析锂量。

在此基础上,我们进行了无析锂安全快充研究。

首先,建立了准二维电化学机理模型,用于预测负极电位,并以此为基础得到最优充电曲线的解析表达式,接着以充电负极定位为一个基准,加一个冗余量,可以推导出电池最优的充电电流。以此为基础,我们可以进行最优充电的控制,以基于模型的负极电位观测器为基础,可以把负极电位观测出来的电位,跟参考电位进行比较,通过调整充电电流使这个电位差趋于零可以实现无析锂的快充。

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