在當今能源轉(zhuǎn)型的浪潮中，鋰電池憑借其高能量密度、長循環(huán)壽命等優(yōu)勢，在電動汽車、儲能系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域得到了廣泛應用。
然而，鋰電池的安全性一直是行業(yè)關(guān)注的焦點，尤其是鋰電池PACK的安全研發(fā)，更是關(guān)乎整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和人員生命財產(chǎn)安全。業(yè)內(nèi)專家從電芯選擇、熱失控因素、BMS功能、熱失控過程、熱蔓延抑制以及驗證有效性等方面，深入探討鋰電池PACK安全研發(fā)的關(guān)鍵要點，破譯熱失控蔓延阻斷密碼。
一、電芯選擇：安全之基，品質(zhì)為王
電芯是鋰電池PACK的核心組成部分，其品質(zhì)和一致性直接決定了整個PACK的安全性能。在電芯選擇上，我們必須選擇一線A品電芯。A品電芯在生產(chǎn)工藝、材料選擇、質(zhì)量控制等方面都有著嚴格的標準和豐富的經(jīng)驗，能夠確保電芯具有更高的安全性和可靠性。
A品電芯在制造過程中，采用了先進的生產(chǎn)設備和工藝，對電芯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、材料成分等進行精確控制，從而保證了電芯的性能穩(wěn)定。同時，A品電芯在一致性方面表現(xiàn)優(yōu)異，不同電芯之間的電壓、容量、內(nèi)阻等參數(shù)差異較小，這有助于減少電池組在充放電過程中的不均衡現(xiàn)象，降低熱失控的風險。例如，頭部大廠A品電芯，如松下、億緯鋰能等，其一致性誤差控制在極小的范圍內(nèi)，能夠有效延長電池組的使用壽命，提高整個PACK的安全性。
二、熱失控因素：洞察根源，精準應對
充分了解電芯熱失控的因素是進行鋰電池PACK安全研發(fā)的前提。電芯熱失控主要受到機械、電氣和溫度三個方面的影響。
機械因素包括電芯的擠壓、穿刺、振動等。當電芯受到外力作用時，內(nèi)部結(jié)構(gòu)可能發(fā)生破壞，導致正負極材料直接接觸，引發(fā)短路，進而產(chǎn)生大量熱量，引發(fā)熱失控。電氣因素則主要是指過充、過放、過流等異常情況。過充會導致電芯內(nèi)部電解液分解，產(chǎn)生氣體，增加內(nèi)部壓力；過放會使電芯內(nèi)部活性物質(zhì)發(fā)生不可逆的化學反應，降低電芯性能；過流則會加速電芯內(nèi)部反應，產(chǎn)生大量熱量。溫度因素也是熱失控的重要誘因，當電芯溫度過高時，電解液容易分解，正負極材料發(fā)生副反應，加速熱量的積累，最終導致熱失控。
在產(chǎn)品設計過程中，我們要有的放矢，針對這些熱失控因素采取相應的措施。例如，在機械防護方面，可以設計堅固的外殼和緩沖結(jié)構(gòu)，減少電芯受到外力損傷的可能性；在電氣保護方面，要合理設計電路，設置過充、過放、過流保護裝置，確保電芯在正常工作范圍內(nèi)運行；在溫度控制方面，要優(yōu)化散熱系統(tǒng)，降低電芯的工作溫度。
三、BMS至關(guān)重要：智能守護，防患未然
電池管理系統(tǒng)（BMS）在鋰電池PACK安全研發(fā)中起著至關(guān)重要的作用。BMS具有全面感知和保護功能，能夠?qū)崟r監(jiān)測電芯的各項參數(shù)，如電壓、電流、溫度等，并在電芯或PACK異常前有效告警和保護。
BMS通過對電芯參數(shù)的實時監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)電芯的異常情況，如電壓異常、溫度升高、內(nèi)阻增大等。當檢測到異常時，BMS會立即發(fā)出告警信號，提醒用戶采取相應的措施。同時，BMS還可以根據(jù)預設的保護策略，自動切斷電池組的充放電回路，防止電芯進一步損壞，避免熱失控的發(fā)生。例如，當BMS檢測到電芯溫度超過設定閾值時，會立即停止電池組的充電，并啟動散熱系統(tǒng)，降低電芯溫度。
此外，BMS還可以對電池組進行均衡管理，確保不同電芯之間的電壓、容量等參數(shù)保持一致，減少電池組的不均衡現(xiàn)象，提高電池組的使用壽命和安全性。
四、浸沒式防護：把握關(guān)鍵，及時干預
電芯一般在200度以上才會進入劇烈的不可逆熱失控狀態(tài)。在熱失控發(fā)生前，電芯的溫度會快速升高。因此，在200度以下快速降溫是降低熱失控烈度的關(guān)鍵。
當電芯溫度升高時，我們要及時采取措施進行降溫�？梢圆捎脧娭骑L冷、水冷等方式，快速降低電芯溫度。
數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，業(yè)內(nèi)采用浸沒式電池模塊，這種創(chuàng)新的設計將電芯完全浸沒在防護劑里，真正做到了本質(zhì)安全。
防護劑是一種特殊的液體，它具有優(yōu)良的絕緣性能和散熱性能，能夠有效地隔絕氧氣，防止電芯在高溫下發(fā)生燃燒和爆炸。
五、同步抑制熱蔓延：快速冷卻，隔離風險
熱蔓延是鋰電池PACK熱失控過程中的一大風險。當一顆電芯發(fā)生熱失控時，其產(chǎn)生的高溫和熱量會迅速傳遞到周邊的電芯，引發(fā)連鎖反應，導致整個電池包發(fā)生熱失控。因此，同步抑制熱蔓延是鋰電池PACK安全研發(fā)的重要任務。
冷卻要快速且足夠，讓自身熱失控發(fā)展得到抑制，并可有效控制自身熱失控對周邊電芯的影響�？梢圆捎枚喾N冷卻方式相結(jié)合的方式，如風冷、水冷、相變材料冷卻等，提高冷卻效率。要在電芯之間設置隔熱材料，如陶瓷板、隔熱棉等，阻止熱量傳遞，隔離風險。例如，在儲能系統(tǒng)的電池包中，通常會采用模塊化設計，每個模塊之間設置隔熱層，防止熱蔓延。
還可以采用熱隔離技術(shù)，如將電芯分成多個獨立的區(qū)域，每個區(qū)域之間設置防火墻，當一顆電芯發(fā)生熱失控時，可以有效地隔離熱量的傳遞，防止熱蔓延到其他區(qū)域。
六、驗證有效：大量測試，確保可靠
大量驗證是確保鋰電池PACK安全研發(fā)措施有效的重要手段。在研發(fā)過程中，要對各項安全措施進行充分的測試和驗證，確保其在各種工況下都能正常工作。
加嚴驗證是必不可少的環(huán)節(jié)。要考慮多顆電芯同時熱失控的情況，模擬實際使用中可能出現(xiàn)的極端情況，對電池包進行嚴格的測試。例如，可以進行熱失控模擬實驗，通過人為制造電芯熱失控，觀察電池包的響應和防護效果。同時，還可以進行振動、沖擊、高低溫等環(huán)境測試，確保電池包在各種惡劣環(huán)境下都能保持安全穩(wěn)定。
通過大量驗證和加嚴驗證，我們可以及時發(fā)現(xiàn)設計中存在的問題，并進行優(yōu)化和改進，確保鋰電池PACK的安全性能達到設計要求。
總之，鋰電池PACK安全研發(fā)是一項系統(tǒng)工程，需要從電芯選擇、熱失控因素、BMS功能、熱失控過程、熱蔓延抑制以及驗證有效性等多個方面進行綜合考慮。
在中國運營商數(shù)據(jù)中心這個對穩(wěn)定性和安全性要求嚴苛的領(lǐng)域，業(yè)內(nèi)明德源能已樹立起一座關(guān)于鋰電池安全使用的里程碑——產(chǎn)品安全運行記錄，至今已突破8年！這不僅是對技術(shù)實力的最佳證明，更是客戶選擇明德，那份信賴的回報。
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