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脆弱的新能源车,刮底为什么会自燃?

在该公众号早些时候,分别介绍过三项电池安全测试验证项,今天接着之前的内容,继续介绍安全测试之挤压,该项测试与电池包甚至整车的安全息息相关,我们可以通过最近的一起事故案例来了解该项测试的重要性和必要性。


一辆新能源车在马路上碾压到一块石头,随后不久就发生了车辆冒烟自燃的事故,这次事故的原因大概率是电池包中的电池受到了石头的挤压,发生了内部短路,然后导致了电池升温自燃的结果。



1.什么是电池挤压?

电池挤压是指将充满电的电池,放在固定的夹具上,然后通过挤压板以一定的速度(max 2mm/s)垂直与电池大面的方向进行挤压,截止条件是电压等于0V/变形量大于15%/挤压力大于100kN或者1000倍于电池重量,最后再观察1h,不起火不爆炸为通过测试标准。下图a和b是两种常见的挤压形式,挤压器从上往下挤压软包电芯,在此过程中,需要记录电池的电压和相应的温度变化。

挤压测试是模拟车辆在受到外力作用下,发生变形导致电池受到挤压,验证在该场景下电池是否会出现热失控等安全风险。

2.电池挤压的过程

参考相关文献,通常可以将电池的挤压过程分成五个阶段,在阶段1时,当挤压头接触到电池表面时,电池立即变形,并伴随着应力应变局部化分布的现象,同时使电池中层与层之间的距离缩短了;在阶段2时,随着挤压头的深入,电芯的极片层发生切向的位移,并导致少量的活性材料脱落和应力带的形成,应力大小和电极片之间距离,位移,挤压头尺寸都相关;在阶段3时,随着应力达到箔材上,发生极片的断裂,并形成膨胀和挤压严重的现象;在阶段4时,随着负载的增加,箔材发生断裂,电极片的颗粒也随之到达到隔膜处,隔膜承受不规则的应力应变影响;在阶段5时,隔膜断裂,正负电极接触导致电池发生内部短路,引起热失控现象。


在挤压过程中,挤压器的尺寸,电池的容量,SOC和温度都会对挤压结果产生非常大的影响,电池容量越高,SOC越高,温度越高,电池热失控温度就升的越快越高,反应就越剧烈,对于我们如何采用怎么的电芯设计,来实现良好的挤压效果具有重要的借鉴意义。

3.改善挤压效

对此可以从两个方向去改善,从厂家角度来说,加强电池包机械强度,提供在突然情况下壳体对电池包电池的保护;改善电芯设计,增强电极液的阻燃性和隔膜的拉伸强度,

从用户角度方面来说,我们在日常的使用过程中,特别是在上下坡和地面凹凸不平的地方减慢速度,注意路面情况。

【1】Journal of Power Sources Volume 455, 15 April 2020, 227939