熱失控設計防護的案例
如何看待熱失控防護措施的迭代？
▲圖1.沃爾沃設計的電池系統
Part 1 熱失控防護技術迭代
中國是最強調熱失控防護技術的國家，核心還是中國的企業特別多，應用領域也很分散，所以這個領域其實國內是走在世界前列的（燒的多了，自然也就成為一個顯性問題需要大家來克服）。
我的理解：
第一代熱失控防護方案：
對圓柱來說最簡單，特斯拉的設計結構是最為典型的，方形的難度更大已突破，軟包的實現難度難度最高。三種電池技術，都是圍繞加強隔熱，加快散熱為主要技術手段。通過單體釋放能量、單位散熱能力、周邊電芯隔熱能力等多維度定量分析。
?圓柱電池
這種設計的原則是通過一定的空間進行隔離，然后通過填充隔熱材料來充分把電芯熱失控條件下的熱量隔開。在熱失控傳播條件下，這種材料阻隔單個5Ah以上電芯散發出來的能量。
▲圖2.典型的21700圓柱熱隔絕的示意圖
在4680的時代，整個設計邏輯也是相似的，只不過按照調研的情況，電芯的開閥方向和我們之前理解的不一樣，是往下噴射，并且采用了隔熱材料防止用戶感知到會恐慌。CTC時代腳底下就是一層電池，所以需要隔熱材料進行防護。
▲圖3.電芯之間的空隙成了核心關鍵了
?方殼設計
其實每家的設計都是趨同的，分為電芯層面的隔絕、電連接的隔絕。
▲圖4.方殼模組熱設計示意圖
這一波使得做材料的廠家特別開心，如下圖所示，以3M為例，圍繞這套熱隔絕技術形成了一系列的譜系，你按著材料標號選就可以了。
后續類似杜邦、陶氏、BASF都可以玩得起來，我個人覺得這種堆材料解決問題的辦法增加的成本太多，和當前需要和特斯拉PK成本的，加這么多材料是按照千來算的。
展開 電動汽車動力電池熱失控過程分析及預警機制設計
圖3（橫軸時間單位為S，縱軸電壓單位為V）為第二個發生熱失控的電池的電壓特征。與圖2的特征類似，只是開始時間平移到第787秒。
針對電池包內氣壓信號在熱失控過程中的分析：如圖4（橫軸時間單位為S，縱軸電壓單KPa），電池包內放置兩個氣壓傳感器，正常大氣壓為101KPa，在第720 秒發生第一次單體電池熱失控，此時氣壓會上升到120KPa。由于電池包內存在平衡泄壓閥，一段時間后氣壓會下降到101KPa。與第二個發生單體熱失控的時間吻合，在第787 秒，氣壓第二次上升到120KPa，隨后下降。以此連鎖反應，直至整包熱失控。通過以上分析，得出兩條結論，可作為熱失控報警機制設計的依據。一個是熱失控首先發生在單體電池，然后慢慢擴散，最終引起整個電池包的熱失控，升級為整車嚴重事故。這之間一般會有5分鐘以上的預警時間。報警機制設計就是要準確把握這段時間，及時準確的進行預警。另一個是熱失控發生時有電壓、溫度、氣壓的明顯數據異常特征，報警設計的條件要從這些特征中提取。
二、電動汽車動力電池熱失控報警系統架構圖
上圖是電動汽車動力電池熱失控預警系統的架構圖。現將各部分的名稱及在系統中的功能詳細描述如下：
BIC：電池信息采集單元。檢測串聯單體電芯的電壓，模組電壓，電池溫度。
BMU：電池管理單元。主要進行電池熱失控的報警條件判斷，同時進行環境溫度的監控及喚醒，氣壓的檢測（可選項）。
VCU：整車控制單元。接受熱失控報警信號并結合整車情況采取相應措施，包括給儀表進行報警提示、傳數據給T-BOX、下高壓電等整車邏輯相應的處理等。
ICU：儀表控制單元。執行VCU命令，報警提示乘員危險。
T-BOX：遠程數據終端。
展開 設計仿真 | 直播預告-電池熱失控仿真與電力電子散熱仿真解決方案
隨著移動和運輸系統的電氣化程度不斷提高，電池設計和熱管理日益成為原始設備制造商和系統供應商高度優先考慮的領域，希望在其產品中提供一流的安全性。而電池的生熱和熱失控熱性是影響電動汽車使用和安全性的重要條件。
為了保證鋰電池的最佳性能、安全性和使用壽命，鋰電池必須在特定的溫度范圍內工作。因此，電池系統的熱管理至關重要。此外，在模擬中對實際電池單元進行真實物理建模的成本非常高。針對新能源電池行業面臨的挑戰，海克斯康工業軟件旗下Cradle CFD軟件可以進行高效的熱失控仿真分析，解決電池中的熱失控的仿真難題。
本次直播將帶來海克斯康電池熱失控仿真解決方案，包含熱失控仿真流程、新能源電控系統解決方案、新能源電控系統的優化方法以及儲能系統熱仿真解決方案，歡迎報名預約！
展開 電池熱失控的仿真和優化
圖3 熱失控以后噴發氣體造成的危害
熱失控過程中釋放出來的氣體包含H2，CO，CH4，DMC和其他（在某些情況下為有毒的）成分，這樣的混合氣體高度易燃。 在整包仿真中的意義是考核煙氣隔離蓋、泄壓閥數量&位置和排氣通道的設計優化。
圖4氣體在環境下是否會自燃也是影響整個反應的過程
2）泄壓閥的設計
目前電池包內設計的泄壓閥，是確保電池系統內可燃氣體在可控狀態下排出的最主要的設計手段，通過對泄壓閥的建模對于確定選擇泄壓閥的數量、位置和壓力釋放特性比較關鍵。
圖5 Etron、ES8和Model 3的泄壓閥設計
3）模組內電芯熱傳遞的時間優化
模組內隔絕電芯熱傳播的手段主要是通過增加電芯的間距，間隔的隔熱材料，端板的絕緣防護和頂部絕緣煙氣蓋的設計。
圖6 在端板附近電芯引發熱失控的傳遞時間
4）煙氣隔離
有效的煙氣隔離設計主要是能夠影響模組內的熱失控傳播時間，另一方面也有助于防止氣體對于模組上蓋的快速融化。
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