了解锂电池热失控：原因及预防

锂电池热失控是一种重要的故障模式，其中锂离子电池由于自我维持的放热响应而变得无法控制的过热。这种情况通常是由于内部短路、机械损坏、过度充电或暴露在过高温度下造成的，从而损害了电池的结构和化学完整性。

当电池内产生的热量超过其消散热量的潜力时，就会引发热失控。这种不平衡经常引发不利的化学反应并升高温度。随着温度升高，加热技术的充电速度加快，周期性地导致暴力后果，包括火灾或爆炸。

锂电池热失控的原因

热失控的主要目的之一是内部短路。这可能是由于机械损坏造成的，其中包括刺穿或挤压，这会破坏阳极和阴极之间的隔膜。制造缺陷，例如电池组件未对准或污染，也可能导致短路。一旦发生短路，就会产生热量，如果热量足以引发电池物质内的放热反应，就会发生热失控。

另一个重要因素是过度充电。将锂电池充电超过其电压限制可能会导致阳极上过度镀锂，形成枝晶，刺穿隔膜并形成短路。此外，过度充电会导致电解质和其他材料的分解，同样会增加内部温度和热失控的机会。

过多的外部热暴露是另一个外部原因。在高温环境下工作或保存的锂电池更容易受到热失控的影响，因为温度升高会降解电解质和其他内部物质，从而降低电池的热稳定性。

总之，导致锂电池热失控普遍存在的因素有很多，包括内部短路、过度充电、外部温度过高、老化以及固有的设计缺陷。认识并解决这些因素对于阻止此类事件和提高锂电池使用的安全性至关重要。

热失控的预防策略

一项基本策略是对用于制造锂电池的精细物质进行修饰，选择能够承受更高温度和应力的一流电极和电解质材料可以防止导致热失控的内部击穿。此外，将分离器与逐步热平衡结合起来可以成为防止手机内快速电路的重要屏障。

其他所有关键安全措施都是实施先进的电池控制结构 (BMS)。这些系统旨在监视和控制电池状况，包括电压、电流和温度。通过设置特定的操作阈值并强制执行实时跟踪，BMS 可以检测到故障的早期迹象并引发纠正措施，包括断开电池连接或降低充电率以减轻危险。

热控制结构在阻止热失控方面也发挥着至关重要的作用。有效的冷却机制，包括空气或液体冷却系统，即使在高负载条件下也有助于保持最佳的电池温度。这在电动机等高功率应用中尤其重要，其中电池要承受严重的操作压力。

电池应存放在远离阳光直射和高温环境的地方，并且必须使用兼容且获得许可的充电器进行充电。此外，必须严格避免对电池造成的人身伤害，这可能是内部短路的先兆。

这些策略不再补充锂电池的安全性和可靠性，而是延长其使用寿命和性能。不断改进并遵守可接受的电池布局和处理实践对于阻止热失控和保护电池供电的设备至关重要。

锂电池爆燃，热失控是诱因？

按照锂电池的能量密度换算，1kg的锂电池能够一次性释放出的能量相当于100克的TNT炸药，而且，锂电池非常敏感，不管是你手机、笔记本还是电动车里的锂电池都有可能变成一颗炸弹，而引爆它的前提条件就一个，那就是锂电池的热失控 。

可能大部分人都知道

电池短路会导致锂电池爆燃

其实，短路也是锂电池热失控的诱因之一

所有电池爆燃事故

本质上都可以归咎于锂电池组的热失控

热失控，简单的理解就是

当锂电池散热不良

积聚热量到一定温度

电池说爆就爆 ！

手机时间用久会发热

但是手机只用一块电池

散热效果好

但是

电动车电池组由无数电芯堆叠！

比如说，特斯拉Model S

电池组由7000多节 18650锂电池组成

散热就成了大问题！

电池热管理有多重要

造电池的 比造汽车的 明白多了

当初特斯拉 向松下买电池的时候

松下的态度就非常坚决

松下：

你连基本的热管理措施都没有

谁给你的勇气做电池组！

后来，特斯拉拿出热管理方案

松下松了口，但也约法三章

哎！

锂电池就是这样一个娇贵的东西

温度太低 ，不行！

低温工作电池活性差

输出电量减少

还会减少电池使用寿命

温度太高 ，也不行！

一旦热失控就是天大的悲剧

18650锂电池属于NCA三元锂电池

这种电池虽然能量密度大

但引起热失控 的温度却不超过200℃

热管理系统 的作用就是把电池伺候好

——

把电池的温度保持在一个合适的范围内

通常这个温度在30℃左右

而且，要非常灵敏和可靠

对于电动车而言

相比“三电” 系统关乎到厂商的“脸面”

热管理系统关乎的是厂商的“良心”

因为它涉及消费者生命财产安全

以刚才提到的特斯拉 为例

Model S采用的是一套液态热管理系统

扁平的冷却管道在电池组内S形布置

通过水和乙二醇混合的冷却剂将热量带走

特斯拉电池组中的冷却水道（箭头所示）

在该系统中

根据电池温度的不同

电池组的冷却液可以切换不同的回路

既可利用车头散热交换器 为电池进行降温

也能用电动机工作产生的温度来加热电池

特斯拉Model S车头散热交换器

同时管控7000多节 电池非常困难

不得不说特斯拉在电池热管理方面的确有一手

但先进的系统有时候难免也会出现纰漏

近期连续的几次特斯拉Model S自燃都和电池热失控有关，作为应对，今年5月份，特斯拉在线升级了热管理系统。

虽然特斯拉在热管理方面有一套办法

但天生为小型电器准备的 18650锂电池

有一处先天不足

那就是因为圆柱形表面积太小

导致的圆柱形电池天生散热性能不佳

而专门为电动车打造的

软包电芯 和方形电芯

在散热上则有着天然优势

宁德时代和比亚迪分别是最大的软包电池和方形电池供应商，这个宁德与上汽开发的电池组，扁平软包电芯更便于散热，而软包电芯之间采用了“芯片”级液冷片，进一步强化电池热管理性能。

电池液态热管理系统也被称为液冷系统

在液冷系统之外

风冷和直冷

都是是电动车常用的电池热管理手段

风冷是最早的电池热管理手段

风冷相比液冷

就好像吹风扇 对比冲凉

散热效果完全没得比

随着电动车性能的不断提升

纯电动车正在逐渐摒弃风冷

风冷目前主要被用于电池组较小的

油电混动 和低性能电动车 上

丰田THS油电混动系统的电池组即采用了风冷系统

直冷是利用制冷剂的气液转化带走热量

其原理类似于空调

冷却效果最好

但成本也最高

目前只有部分豪华品牌电动车采用

奔驰最新纯电动车型就采用了直冷电池组

时至今日液冷正在成为电池热管理的主流

随着电动车整体性能的提升

液冷电池组已下探到价位较低的电动车上

起售价11.98万的名爵EZS采用了液冷电池组

写在最后

对能量的利用和管控能力，是人类文明的体现，锂电池作为一种能量密度极高的储能手段，目前依然是最理想的电动车驱动方式之一，虽然一起起电动车自燃事故让大家对锂电池谈虎色变，但就好比汽油车油箱里的汽油，尽管危险，但目前的技术手段已能够将其稳妥的驾驭，同样的，目前锂电池热管理技术已经成熟，但与此同时，需要的是厂商对锂电池热管理以及对消费者生命财产安全满怀敬畏之心。