227
今天到家比較晚，我們來看一下AVL整理的這一份WEBINAR里面有價值的地方，這份材料主要是介紹熱失控設計防護仿真的，又恰好是用的比較用的多雙排大模組。《Hazard Limitation and Safety Assessment for EV Batteries Using Simulation-Based Development》
圖1 GTR N20下熱失控防護的延緩設計成為全球標準配置
01、考慮對象雙排模組
這個研究對象是我們比較用的多的雙排方殼模組，如下圖所示
研究仿真還原的是電芯在噴發(fā)氣體的危害因素，在排氣過程中氣體成分、質量和流量，研究不同的泄壓閥位置和內部的效果；當然我們最關注的還是電芯熱失控過程中的時間傳播延遲性還有對于加入隔熱材料等措施的有效性。
圖2 熱失控實驗的分析和仿真監(jiān)控
1）噴發(fā)過程的評估
電芯達到臨界溫度以后，汽化的電解質就會高壓噴發(fā)到電池模塊中的氣隙中。這種氣體的溫度最高可達1400°C，可在很短的時間內熔化附近的部件，在這里最直接的就是模組上蓋的融化。
圖3 熱失控以后噴發(fā)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(yōu)化。
圖4氣體在環(huán)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(tài)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(yōu)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(fā)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。
圖7 煙氣隔離蓋
02、系統措施
現在行業(yè)里面都在提零熱失控，也就是即使電芯熱失控，整包也能控制住。這個我們能采取的手段如下圖所示，手段都是相似的，就是在不同位置和不同條件下是否能做到完全的一致，完全能在可控范圍內。
泄壓：通過泄壓閥的設計，在熱失控的時候把高溫的其他排出去防止壓力的堆積
噴發(fā)物控制：方殼電芯有小一半的熱量是通過噴發(fā)物排出來的，所以在電池系統里面需要設計完善的排煙通道并且把噴發(fā)物和其他電芯進行隔離
降溫：在預警出現以后，開啟整車水泵對電池系統進行緊急的降溫的措施，盡量把熱失控的電芯的熱量通過原有的熱管理系統排出去
預警：采用壓力傳感器搭配溫度和電壓檢測的辦法，在一個電芯出現熱失控，整包的氣壓出現變化以后就進行喚醒，然后確認熱失控的情況。
隔熱：這個行業(yè)內都比較熟悉，對于方殼電芯而言，主要通過電芯之間的隔熱材料實現熱隔離
圖8 目前各個電池廠做的系統層面設計都是相似的
小結：我覺得在經過不停的實驗以后，可能要做一些類似AVL這樣的不同條件和不同位置上進行系統性的仿真以后，結合最惡劣條件下的實驗，才能讓電池系統更安全一些。
