【经验】电动汽车中的热失控预防、检测和缓解

时间： 2021-11-18 来源：Amphenol Sensors

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如今能源车替代燃油车不再是白日梦，因为他们已经到来并逐渐成为主要的交通方式。

在未来十年内，电动汽车(EV)和混合动力电动汽车(HEV)的产量将超过内燃机。由于消费者的需求和新的政府法规，到2030年，大多数主要汽车制造商预计将放弃内燃机，转而为汽车、卡车和公共汽车使用锂离子电池组。

锂离子电池组的热管理——或者更具体地说，防止热失控——曾经被认为是替代能源汽车大规模进入市场的障碍，仍然是电动汽车和混合动力汽车长期生存的关键组成部分。电动汽车中的热失控是什么样的？尽管很少见，但锂离子电池中的热失控可能会损坏车辆电池组和车辆本身，并对任何乘员造成严重伤害。本文Amphenol Sensors将针对电动汽车的电动汽车中的热失控预防、检测和缓解进行介绍。

通常由短路、过度充电或其他电池应力触发，当锂离子电池过热时会发生热失控。多余的热量会在电池中引发连锁反应，从而产生气体。如果不加以缓解，可能会扩散到电池组的其余部分，导致其他电池过热并分解。随着失控的发生并且电池单元发生故障，失控会导致可燃气体的释放，例如：氢、挥发性碳氢化合、一氧化碳；热失控期间释放的其他有害气体包括：氟化氢、二氧化碳、碳酸二甲酯、乙腈。

一旦热失控开始，就很难停止，因为它的连锁反应会通过电池组级联反应，通常会引起烟雾和火焰。通过快速干预，可以限制热失控对电池组以及车辆其他部分的影响。虽然电池组中使用的许多材料旨在降低火灾蔓延的风险，但一旦电池释放气体，电池组内就会存在危险情况，必须识别和处理以防止火灾风险。

热失控预防管理

EV和HEV中的热失控管理需要三管齐下的方法：

1、从一开始就防止失控

2、确定单元内是否或何时发生热失控

3、阻止失控蔓延到电池组的其他部分

在任何情况下，停止电池热事件通过两种方法发生——主动和被动热管理系统。

主动热管理：主动热管理依赖于将电池组保持在最佳温度的冷却系统。当电池在充电或放电过程中开始升温时，主动热管理系统会使用空气或带有传统汽车冷却剂甚至制冷剂的冷却板从电池中提取热量，以降低温度。这与散热器控制内燃机内部温度的方式并无不同。

被动热管理：被动热管理系统更侧重于防止热失控的后期阶段。被动系统（例如隔热罩或隔热层）不是让受影响的电池保持凉爽，而是阻止过多的热量从单个电池传递到电池组的其余部分并继续连锁反应。被动热管理系统背后的想法类似于作为建筑物防火形式的分隔。通过控制一个区域的火灾，它不会蔓延到结构的其他部分。

传感器技术和热失控预防

与任何其他车辆一样，保持EV或HEV以最佳性能运行需要对其系统进行持续监控——这就是为什么电动汽车、卡车和公共汽车具有传感器和电子控制装置，可以持续监控电池状况并自动提供适当的冷却或加热作为需要。

不管电动汽车的电池组热管理系统如何，传感器在阻止热失控蔓延方面发挥着关键作用。

在锂离子电池组热管理的早期，传感器测量热量——这是热电池事件的直接、明显的迹象。现在，传感器技术正在采取一种截然不同且更科学的热管理方法，通过监测排气单元的气体释放，这是热失控的前兆。

碳氢化合物传感器和气压传感器已被试验用于检测热失控，但不是用于热失控检测的准确或稳健的手段。电池外壳单元内的其他材料会干扰化学传感器的性能，使其读数出现偏差并最终导致设备出现故障。气压传感器容易受到背包通风系统变化以及车辆高度和温度变化的影响。

另一方面，基于物理的气体传感器使用热导率或红外光谱等技术，依靠气体物理来检测热失控，并允许在电池热事件开始后进行连续监测。气体传感器使用基于光的热导技术，测量CO₂和氢气——热事件期间电池释放的第一批气体。与碳氢化合物和压力传感器不同，这些传感器不受环境影响，其性能会随着时间的推移而降低，它们的读数仅测量热失控开始阶段释放的气体。这些测量对于向电池控制系统提供尽可能早的警告至关重要，从而降低热事件传播到电池组中其他电池的风险，并为安全和响应提供最佳情况。

下一代汽车需要下一代热管理系统

随着电动汽车和混合动力汽车的数量开始超过以化石燃料为动力的汽车，设计合理的热管理系统仍将是汽车制造商的首要任务。电动汽车的未来取决于制造商提供安全、可靠且价格合理的汽车，该汽车具有易于管理的充电和其他理想功能。使这些车辆安全需要系统不仅可以防止电池火灾蔓延，而且还可以提供电池通风的早期检测，作为主动车辆危险缓解的一部分。

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