
学界、业界做了很多关于热失控的研究和尝试,但是到目前为止,几乎没有什么好的方法可以解决这个问题,绝大多数方案存在工程上或者逻辑上的致命缺点。
我们从最基础的几个认知开始论证:
1. 热失控不可避免
锂电池是一种工业品,凡是大规模生产的工业品,就一定有一定概率存在各种缺陷;再加上锂电池将能量存储成内部的化学能,一旦工业品的缺陷暴露出来,化学能总需要有地方释放,所以,热失控不可避免。
2. 当热失控不可避免,那最应该做的就是降低热失控带来的损失。
最简单的逻辑,安全问题,发现的越早,损失越小。
我们把热失控探测,简单的设定几个节点:
安全阀打开前-----安全阀打开-----发生热蔓延 -----发生明火
安全阀打开之前的探测方法及优缺点:
方法 | 优点 | 缺点 | |
测温 | 电极测温 | 比较可靠,发现异常时间较早 | 需要大量的布置测温电极,;布线难度大,接线口较多,成本较高;可维护性较差,无法维修更换 |
光纤测温 | 布置比较方便,发现时间较早 | 必须紧贴电芯,否则无法在开阀前探测到;需要配备光纤解调器及相应算法模块,成本较高;可维护性较差,一旦破损,无法更换 | |
片状压力传感器,测电芯之间压力 | 热失控早期电芯会膨胀,测量结果比较准确 | 压力传感器长期受压会失效,压力传感器寿命无法保证;压力传感器数量较多,线束接口较多;可维护性较差,一旦破损,无法更换 | |
AI,通过电流电压等信息判断 | 可以通过电流电压的微弱变化,判断趋势,发现异常时间最早 | 尚处在研发阶段,样本案例太少;电池工艺的微小变化就会引起算法失效
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安全阀打开时探测方法及优缺点:
方法 | 优点 | 缺点 | |
气体 | H2、CO | 传感器非常灵敏,开阀即报 | 电化学传感器寿命约在3-5年,无法覆盖pack整个生命周期;传感器容易受到环境干扰,从而产生误报 |
VOC传感器 | 便宜 | 寿命1-2年,线性度较差,几乎很难在工业领域应用 | |
烟雾 | 常用手段 | 寿命2-3年,容易受到灰尘、水蒸气等干扰引起误报 | |
温度 | 寿命较长 | 开阀电芯距离传感器的距离,严重影响温度传感器的作用。 | |
气压 | 源自于胎压传感器,技术较为成熟 | 检测窗口很短,一旦pack安全阀打开,则失效 | |
电压电流 | 数据易于获取 | 检测时间较晚,开阀后数分钟以后才能检测到 | |
多参数融合 | 可靠性较高 | 木桶效应较为明显,5年以后退化成只有温度有效 | |
发生热蔓延和发生明火之后,探测已经没有任何意义,及时探测到了,也没有任何手段可以阻止问题的发生。
3. 几种有特色的安全方案及其优缺点:
方法 | 优点 | 缺点 |
浸没式 | 最安全,可以将热失控控制在一个电芯 | 成本较高,维护成本较高 |
掩埋式 | 成本较低 | 环境污染风险;维护成本很高;热失控产生的大量可燃气体,无法得到妥善处理 |
特斯拉 Let it burn! | 保底方案 | 一旦热失控,损失整簇,确保其他部分安全性。 |
综上所述,如果要解决储能安全问题,需要解决以下几个问题:
1. 产品寿命要覆盖电池包整个生命周期
2. 产品可靠性高,不能误报漏报
3. 产品价格要低,适合大规模生产
4. 探测系统报警要早,消防系统响应要早
5. 必须要阻止热失控蔓延,阻止明火,将热失控控制在一个电芯
我司和多家高校及著名教授联合研发出一款新型电解液传感器,可以解决以上几个问题:
1. 寿命问题,我司DACP25系列传感器,通过物理原理检测电解液气体浓度变化,通过车规级AECQ100测试,预估寿命超过15年,可以满足电池包整个生命周期内无需更换,大大提高可靠性,降低维护成本。
(双85加速老化2000小时,性能几乎没有任何变化)
2. 我司DACP25系列电解液传感器,对于电解液敏感度极高,电芯开阀可以在20秒内增长200倍以上,不会误报漏报。
3. DACP25-H03传感器内含一个温度传感模组,两个电解液传感模组,一个传感器即可替代复合探测器,大大降低系统成本。
4. 我司基于DACP25系列传感器研发的主动安全系统,以极高的集成度实现pack级探测及pack级消防,可以实现开阀10秒内报警,20秒内启动消防,并且在此基础上,产品产品寿命超过10年,整机质保5年。
(近端电芯热失控消防启动时间)
(远端电芯热失控消防启动时间)
5. 如何将热失控控制在一个电芯
热蔓延主要有两个途径:热传导和热辐射
l 通过电芯间的气凝胶,隔离电芯间的热传导,在发生热失控的时候,隔绝大量的热量传导,保证隔壁电芯的安全。
l 通过及早的喷入全氟己酮,阻止电池包内产生明火,减少热辐射,确保电池包的能量缓慢释放
通过以上两种手段相结合,即可有效的阻止热蔓延。
总结:
我司发明的新型电解液传感器,在寿命、可靠性、报警时效性、成本等各方面,均有明显领先优势,适用于新型储能的大规模应用,有助于解决新型储能所遇到的安全瓶颈。