锂离子电池热失控的对策
EV技研
公众号EV技研作者1900 2019-7-26原创 电动汽车

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防止热失控的机制


 用于交通工具时,安全对策尤其重要


越是大型化、高能化,电池的热失控问题越容易 暴露。要有发生故障时立即切断电源的机制,以及防 止起火的机制。在飞机、人造卫星、宇宙开发方面,高能量密 度的锂离子电池的魅力不可小觑,今后的普及程度肯 定会越来越高。关于宇航工业的电池安全性,美国 NASA Aerospace Battery Workshop 进行了相关的探讨 (在其官网上公布了相关资料)。

 针对热失控的预备知识

 图4就热失控的产生机制进行了说明。如图1所示, 受热超过散热的条件持续下去,就会引发热失控。其原因是,外部的加热(如火灾、电路发热、日照等) 和内部的发热(低温下形成枝晶与内部短路、过充电、 过放电、过电流、浸水导致的过放电、冲击导致的内 部短路、外部短路造成的过电流等)引起锂离子析出, 内部短路范围扩大。

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图1 锂离子电池发热会带来什么

热失控难以杜绝 

不管预防热失控的对策做得多么充分,也不能杜绝 事故的发生。因此,要准备好万一发生热失控时的对策。出现热失控时,会出现漏液、冒烟、气体爆炸、 起火等现象。电解液与汽油一样,一旦着火,除非燃尽, 否则很难扑灭(图 4)。另外,析出的金属锂遇水产生 氢气,导致爆炸,也会使灭火变得困难。

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图4热失控的原因

  生命第一 

首先要将生命安全放在第一位。应当知道,即使 在静置的状态下,电池也有燃烧引发突然爆炸的可能。必须杜绝爆炸的发生,避免造成人身伤害、系统遭受 致命性损害。

从负极断电是不可动摇的原则

 出现热失控时,在确保人身安全的前提下,要做 的就是切断电源。避免接触高电压端子等,防止二次 灾害的发生。通常情况下,电池外壳是接地的。断开电池端子 的电缆时,应当先断开接地的负极,再断开正极。这 是不可动摇的基本原则。先断开正极,有触电或短路的危险。 

严禁用水灭火——准备灭火器

 进行实验性操作,如进行自制 EV 行驶试验时, 一定要准备好灭火器。万一发生火灾,用水灭火很可 能会发生严重的化学反应。不管是金属锂,还是有机 溶剂,遇水都非常危险。这是应当记住的基础知识。大容量的灭火器,根据灭火特点可分为 4 个等级:A 级用于木材等的起火,B 级用于引火性液体的起火, C 级用于电气设备的起火、须用非导电性灭火材料扑 灭的起火,D 级用于可燃金属引起的火灾。灭火器应和防火毯配合使用。

 需要准备的其他物品

 在实验室,应常备有护目镜、防火服、隔热手套、 装有干砂的提桶。干砂对于初始阶段的灭火很有效。但是,应该在充分确保自身安全的前提下进行灭 火操作。因为需要专业的灭火知识,所以在发生事故时, 最好交给具有消防专业知识的人士处理。

 在波音 787 上发生的事故 

2013 年 1 月 7 日,在完成从成田飞往波士顿的航 行任务后,准备执行 JAL008 航行任务的飞机在停机坪 发生了起火事故。飞机驾驶舱下面的锂离子电池(8 个 电芯)中的 1 个电芯出现内部短路导致发热,致使其 他 7 个电芯起火。在上述事故发生 9 天之后的 1 月 16 日,由山口飞 往羽田的 ANA692 航班的飞机电气室内出现了冒烟, 在高松机场紧急降落。这些都是锂离子电池起火引起 的事故。JAL 航班的事故是在美国发生的,美国国家运输安 全委员会(NTSB)进行了事故调查并发表了调查结果。图 5 是 NTSB 在 NASA Aerospace Battery Workshop 报告的资料的一部分。报告中提出,事故发生时,东京上空有强冷空气,飞机的电池室在极低温的情况下, 电池析出锂金属,以及控制电路出现大的发热、受到 机械冲击等多种原因的综合影响下,导致了事故的发 生。最终,作为防止事故发生的对策,改进控制电路 的设计、防止电芯之间起火等方面的内容被采纳,同 时也就电池室的设置位置等提出了新的方案。日本运输安全委员会对 ANA 飞机上出现的事故发 布了调查报告,具体内容可以在网上查看。




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