熱失控監測
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
熱失控監測的視頻教程
Altair電池包解決方案系列研討會之電池熱-電耦合和熱失控仿真
Altair電池包解決方案系列研討會之電池熱-電耦合和熱失控仿真 1.SimLab Battery Solution 介紹； 2.電池包熱模型建模； 3.電池包熱管理和熱失控仿真。
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Comsol的18650鋰電池熱失控PDE建模
熱失控實驗 此次我們根據論文，借助Comsol的PDE模塊進行建模， 復現了18650熱失控的基本過程。 有興趣的可以點擊購買，查看視頻，也可以加我交流模型。
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熱失控監測的實例教程
深入理解鋰電池熱失控特性及演化過程才能獲得可靠和先進的監測預警、抑制、滅火、抑爆技術。（2）在儲能電站監測預警方面，電信號、溫度信號和氣體信號作為單一的監測信號預警效果較差。未來需要構建以電信號為基礎，溫度和氣體信號為核心，煙霧和火焰信號為輔助的電-熱-氣-煙-光多參數耦合的熱失控全過程監測預警技術，并根據預警結果，提供相應的事故處置措施，如熱失控早期熱管理，熱失控發生期斷電冷卻、抑制，火災初期進行滅火。（3）在熱失控抑制、滅火和抑爆技術方面。熱失控發生期，利用阻隔技術將熱失控模組數量限制在一定范圍內，之后對其進行冷卻降溫，可有效防止火災事故的發生，實現儲能電站熱失控的安全應對。在火災初期，要針對鋰電池火災特點利用既能熄滅氣體火災，又能高效降溫的滅火介質或滅火技術抑制儲能電站火災。同時，儲能電站鋰電池熱失控后容易出現氣體擴散、運移在受限空間積聚后延遲點火發生爆炸的特征現象，可據此開發有效的通風稀釋、惰化和抑爆技術。
（本文來源：微信公眾號“儲能科學與技術”ID:esst2012 作者：喻航 張英 徐超航 余思瀚 單位：武漢理工大學安全科學與應急管理學院）
展開 來源 | Nature Communications
01
背景介紹
隨著全球范圍內能源危機的出現，并在“雙碳”目標驅動下，鋰離子電池獲得了蓬勃發展，然而電池熱失控被喻為威脅電池安全的“癌癥”，是制約電動汽車與新型儲能規?；l展的核心瓶頸。因此亟需深入理解鋰離子電池熱失控演變機制，并提出早期預警策略以防止火災爆炸事故的發生。導致電池熱失控的根源，是電池內部一系列復雜且相互關聯的“鏈式副反應”。最具代表性的鏈式反應包括：外部電、熱、機械濫用→內部產熱→SEI膜分解→負極與電解液反應、產氣→隔膜熔化→內部短路→安全閥開啟→正極與電解液反應、產氣→電解液分解、產氣→電解液、氣體燃燒→起火爆炸！從局部短路到大面積短路，電池內部溫度快速提升，可高達800℃以上，引發電池起火爆炸。由此可見，“溯源電池熱失控發生的內在誘因，厘清各分步反應之間的耦聯關系，揭示熱失控主導機制與動力學規律，前移熱失控預警時間窗口”是從根本上解決儲能安全問題的核心。然而，由于電池的密閉結構和內部復雜的反應機制，電池內部核心狀態參量檢測的準確性和實時性無法保證。最新報道的具有“透視”檢測能力的科學儀器（如中子衍射、X射線衍射、冷凍電鏡等），由于儀器體積龐大、價格昂貴，無法應用于電池使用終端。如何科學、及時、準確地預判電池安全隱患，成為當前電池安全領域的國際性科學難題。
02
成果掠影
近期，中國科學技術大學孫金華教授和王青松研究員團隊與暨南大學郭團教授團隊提出了一種可植入電池內部的多模態集成光纖原位監測技術，在國際上率先實現了對商業化鋰電池熱失控全過程的精準分析與提早預警。
展開 通過對儲能事故分析發現，造成事故的主要因素有以下幾點：鋰離子電池熱失控。儲能電池單體因質量缺陷、機械損傷、受熱或外部短路等導致鋰離子電池內短路，引發電池熱失控起火，在熱濫用的作用下，整個電池模組和電池簇被點燃甚至發生爆炸。
什么是電池熱失控？
電化學電池以不可控制的方式通過自加熱升高其溫度的事故即為熱失控。
什么是熱失控擴散？
熱失控電池產生的熱量高于它可以消散的熱量時，熱量進一步積累，可能導致火災，爆炸和氣體釋放。如果電池系統中，由于一個電芯產生熱失控而引發其他電芯熱失控，即為熱失控擴散。國家標準GB/T 36276—2018中給出的熱失控擴散定義如表2所示。
熱失控的引發原因？
熱失控現象的產生原因可以分為兩類：內因和外因。內因主要指在電池設計及制造過程中產生的原因；外因主要指在電池運輸、安裝及運行維護過程中由于人員、外部條件等導致的原因。分類概括如下▼
鋰電池熱失控反應特征非常劇烈-失控難控制
熱失控預警：儲能電池多維度安全監測預警技術受到國家層面高度重視！
針對熱失控預警技術，2022年08月29，工信部公開征求對《關于推動能源電子產業發展的指導意見（征求意見稿）》的意見（以下簡稱《指導意見》）給出了指導意見。
展開 其中最具破壞性的故障模式并非單一電芯失效，而是級聯熱失控——即單個電芯故障觸發相鄰電芯連續失效，最終演變成難以控制的火災甚至爆炸，對電池、周邊設備甚至人員造成嚴重危害。
而在這場與時間賽跑的安全攻防戰中，氣體監測，尤其是極早期的氫氣探測，正在成為守住安全底線的第一道關卡。
鋰電熱失控時，電池釋放的氣體成分
鋰離子電池在出現異常時，會產生多種氣體成分，包括氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）以及烴類VOC氣體（如碳酸甲乙酯EMC、碳酸二甲酯DMC等）。這些烴類VOC氣體通常是電解液中的有機溶劑或其熱分解物。一旦鋰離子電池異常發熱，樹脂材質部件和電解液就會開始熱分解，隨著內部溫度的上升，各種氣體逸散出來。
※ EMC : 碳酸甲乙酯 (Ethyl Methyl Carbonate)、 DEC : 碳酸二甲酯 (Diethyl Carbonate)
DMC : 碳酸二乙酯 (Dimethyl Carbonate)、 EC ： 碳酸乙酯 (Ethyl Carbonate)
熱失控的真實工況下，風機失效的原因
在儲能系統設計中，通風與冷卻設備（風機或空調）被視為控制氣體積聚、降低溫度的關鍵手段。但現實是：在熱失控的真實工況下，風機常常因極端環境而提前失效。
電芯噴射的氣體溫度可達數百攝氏度，流速高且夾雜顆粒物與腐蝕性成分。單個電芯熱失控時，風機尚可維持運轉；但當局部多芯（3-10個）或大規模多芯（超過10%電芯參與）發生熱失控時，高溫、濃煙、氣流沖擊以及控制保護邏輯觸發停機，風機極有可能在氣體最需要被排出的時刻停止工作。
一旦風機失效，可燃氣體在密閉儲能柜內快速積聚，濃度可在短時間內逼近甚至達到爆炸下限（LEL）。此時若出現點火源，過壓爆炸將造成毀滅性后果。
展開 但相較于磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池有著更高的安全防護及熱管理要求。因此，三元鋰電池若想在高性能和高安全上達到平衡，冷卻系統以及整個電池包的熱管理系統是核心突破口，而這需要車企投入更高的成本進行研發設計。
什么是電池熱失控？
電池熱失控是指電池持續放熱的連鎖反應，導致電池組溫度急劇上升，進而引發電池燃燒事故的過程。熱失控有三個過程，誘發、發生到蔓延，其中引發熱失控的主要原因是過熱、過充、內短路、碰撞等因素。
為何新能源車電池著火速度很快？
新能源汽車采用的一般都是鋰電池，屬于化學電池，某些極端情況下會導致電極短路，化學反應比較劇烈，被破壞的電池發熱燃燒，此外車內有很多易燃物，比如汽車座椅等會加速火勢蔓延。
電池熱失控監測是新國標法規要求
從2016年開始，工信部就在積極推動新能源汽車尤其是電動汽車安全標準的制定和修訂工作。2019年1月10日，工信部正式將《電動汽車用動力蓄電池安全要求》（以下簡稱“新國標”）等三項強制性國家標準公示報批，即將成為2020年后新能源汽車產品報批準入的基本要求。其中，對于電池熱失控監測和報警提出了新的要求：電池包或系統在由于單個電池熱失控引起熱擴散、進而導致乘員艙發生危險之前5 min，應提供一個熱事件報警信號（服務于整車熱事件報警，提醒乘員疏散）。2018年3月13-16日，在日內瓦召開的聯合國世界車輛協調論壇（WP.29）第174次會議上，由中國、美國、歐盟和日本共同牽頭制定的電動汽車安全全球技術法規（EVS-GTR）經《1998年協定書》締約方投票表決，獲得全票通過，這是中國第一個以主要牽頭國身份參與完成的全球技術法規。其中，對于電池熱失控測試的要求與新國標里的要求基本相同，并且預計今后會陸續在各國推動執行。
電池內部某個電芯的熱失控，往往遠早于發現車輛自燃的時間。
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來源 | Nature Communications
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