是时候了：热失控传播的 6 个阶段

热失控传播 是一个复杂的挑战。无论电池化学或电池组架构如何，锂离子电池都面临着发生热失控事件的风险。尽管没有一刀切的解决方案，但电池工程师在开发满足关键安全要求的解决方案时无需重新发明轮子。通过了解热失控每个阶段的复杂性，工程师可以发现需要拉动哪些杠杆来实现其性能和安全目标。

什么是热失控？

锂离子电池在循环时会产生少量热量。当机械（例如，刺穿的电池）、电（例如，过度充电）和热滥用（例如，过热）触发时，电池内的化学反应会加速。随着温度升高，电池失去散热能力，这可能导致电池着火（即热失控）。单个电池中的热失控是一种维护事件，但可以快速传播到其他电池（热传播），这是一个安全问题。

短时间尺度和长时间尺度的热传播

目前的指南建议，所有乘客必须能够在检测到热失控事件后的前五分钟内安全离开车辆。随着电池工程师更好地了解这项技术，更严格的法规和更长的时间表可能即将出现。最终目标是创建非传播系统，但该行业还有很长的路要走。

短期

热失控事件的最初几分钟是爆炸性的、剧烈的。了解这些机制对于减轻热传播以满足五分钟规定至关重要。

1. 细胞间传导

当来自触发细胞的能量通过面对面接触转移到相邻细胞时，就会发生细胞传导。袋装和棱柱形电池内产生的热量与两个相邻电池共享，而圆柱形电池通常与六个相邻电池共享（尽管存在边缘/角效应）。

有效的单元间 (C2C) 屏障是对抗热传播的第一道防线，充当相邻单元之间的防火墙。它应该是细胞之间的导电屏障、绝缘体或防火墙。在热失控期间，C2C 屏障的作用是保护相邻细胞免受触发细胞的影响。它应该尽可能薄，在压缩时提供极高的耐热性，并能承受 850°C 或更高的温度。

PyroThin 是行业领先的细胞间屏障 因为它以超薄、轻质的形式在车辆的整个生命周期内提供热和机械保护。阿斯彭独特的气凝胶技术使 PyroThin 既可用作压缩垫又可用作防火屏障。 PyroThin 是一个可调平台，可进行定制以满足热、压缩响应和厚度要求。

2、一次燃烧

气体管理是非传播设计的关键。气体从电池中喷出分两个步骤：

• 中 一次燃烧 燃烧过程的所有反应物都来自电池内部。初级燃烧通常在电池内部开始，然后随着反应物喷射而转移到外部。
• 二次燃烧 当电池内富含燃料的热材料被喷射出来并与电池上方空间中的空气发生剧烈反应时，就会发生这种情况。

气体管理对于将传播延迟时间延长至五分钟以上至关重要。除非控制得当，否则热气体会迅速扩散到模块的顶部和侧面，直接触发相邻的电池，并使所有其他保护机制短路。

3. 热颗粒喷射

除了从失控的电池中释放出热气体外，通常还会高速排出热颗粒，包括熔融铝、熔化或碳化的塑料碎片以及固体铜块。这些颗粒使气体管理问题变得更加困难，因为它们使周围区域受到热量和集中侵蚀爆炸的影响长达 60 秒。

长期

包含热失控事件 PyroThin 就像捕捉野生动物一样——它引出了一个问题：“现在怎么办？”所有这些热能仍然必须被排出，并且有多种途径可以让其流失。如下所述，必须控制每个路径，以便所有包含的热量不会流入相邻的单元。

4. 次级传导通路启动

随着热传播事件持续时间的延长，次级传导路径变得至关重要，并且有很多次级传导路径，包括：

• 汇流条通常由铝或铜制成，使其成为良好的电导体。汇流条提供了从一个电池片到其相邻电池片的路径。电池间屏障对这些热桥的影响为零，因为它们不会延伸到电池的轮廓之外。
• 冷却板，无论是活动的还是非活动的，通常是一块大铝板。它形成了一条在 C2C 屏障下方隧道的通道，作为热桥绕过它。

5. 气隙间的自然对流

当热燃烧产物在模块上和周围扩散时，会发生自然对流（与主动通风过程中的压力驱动对流相反），直接加热相邻电池。

6.主动散热

主动冷却是一个通配符，因为车辆的热管理系统可能并不总是完好无损且功能正常，尤其是在碰撞后的情况下。如果可用，主动冷却系统可以在足够长的时间内吸收多余的热量并安全地排出。热管理系统通常在热失控事件的最初五分钟内无效，因为热量产生率超过了系统的排热能力。然而，在较长的时间范围内（例如，15、30、60 分钟），主动冷却擅长去除多余的热能并将其排除，有助于减轻热传播。

在制定热传播预防策略时，电池工程师应牢记上述所有途径。在最近的迷你模块测试中， PyroThin 反复阻止细胞间的热失控传播。虽然这只是难题的一部分，但隔离细胞间传导并证明可以阻止热失控可以让焦点转移到其他途径。

Aspen Aerogels 提供强大的工程设计和原型制作支持。要了解更多信息 PyroThin 或安排与我们的技术团队的会议， 请联系我们。