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触发电池自燃的背后黑手--不当快充

发表时间: 2019-08-12

  上一期的EV Daily跟大家聊了聊引起新能源汽车自燃的背后黑手-电池过热,今天跟大家聊聊另一只背后黑手-不当快充,其实更准确的说应该叫电诱因。

  电诱因主要由过充电、电池内短路及电池老化造成,这其中涉及电池制造工艺、BMS管理机制和日常用车充电习惯等因素,如果从用车角度出发大家常接触的场景就是低温充电和快充。

  在电池管理系统的监控下,电池通常不会出现过充现象,不过万一系统失效发生大幅过充的情况,电池就危险了。

  与此前我们讲过的电池热失控过程部分一样,过充将导致电池负极析锂,内阻增大,甚至在高电压下电解液发生分解,电池开始破裂,直至发生热失控。

  实验表明,电池过充引发的枝晶生长刺破隔膜是引发电池内短路发生自燃的罪魁祸首之一。

  当SOC过充到140%以上,电解液将在高电压下分解,加速温度升高,电池开始膨胀。

  动力电池在充电过程中,锂离子会从正极脱嵌并嵌入负极中。但一些异常状况会造成从正极脱嵌的锂离子无法嵌入负极,锂离子就只能析出在负极表面,从而形成一层灰色的物质,叫做析锂。

  而负极析锂正是造成锂离子电池安全的重要诱因,导致负极析锂的因素很多,例如正负极冗余度设计不足,电池低温充电,充电电流过大等因素都可能会导致负极析锂,不当快充是引起动力电池析锂的主要原因.

  负极析锂不仅会导致锂离子电池可以利用的锂资源变少,还会在负极形成锂枝晶,锂枝晶随着锂离子电池的循环不断生长,最终会穿透隔膜,引起正负极短路。

  锂枝晶的生长机理涉及电化学、晶体学、动力学、热力学等领域,十分复杂,因此至今也没有一种普适性的枝晶生长理论。锂枝晶在不同的电池环境、不同的时刻所呈现的形貌有所不同,常见的类型有无分叉、团簇状及可见明显分叉结构,明显分叉结构也是最危险的枝晶结构。

  导致电池内短路主要有两方面原因,制作过程中的粗制滥造和不良用车习惯的日积月累。涉及制造过程的问题主要有材料金属杂质、隔膜表面导电粉尘、极片毛刺、电解液分布不均等。

  用车不良习惯主要包含低温充电、频繁过度使用快充及高温等环境造成的隔膜疲劳损坏,这个刚才已经提到多次。相对来说,工艺及材料引起的短路容易避免,但用车过程中造成的短路和局部过充无法限制。

  需要说明的是,现有针对电池热失控的检测和研究往往只针对新电池,而对于电池使用后造成的老化方面的安全规律我们仍知之甚少,这就为电池梯次利用带来了挑战。

  对车企而言,需要尽量选择电池材料、制造环境过硬的生产商制造的产品,此外在BMS电池管理系统层面做好充电控制,防止析锂导致的锂枝晶形成。对车主而言,要养成良好的充电习惯,降低事故风险。

  日常车辆充满电后请及时拔下充电枪,避免低温充电,并尽可能选择慢充,养成浅充浅放的习惯。

  本期EV Daily就此告一段落,下期我们聊聊引发电池自燃的又一个背后黑手,以机械外力导致车辆受到物理打击的相关内容。本港台同步报码室

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