守護出行安全：了解汽車(chē)電池熱失控那些事兒

近年來(lái)，在消費者選購新能源汽車(chē)的過(guò)程中，安全考量已躍居首位，而頻發(fā)的新能源汽車(chē)事故無(wú)一不觸動(dòng)著(zhù)消費者的神經(jīng)，讓不少人陷入猶豫和觀(guān)望。

這些安全隱患也無(wú)疑加深了市場(chǎng)對于電動(dòng)汽車(chē)安全性能的廣泛關(guān)注與擔憂(yōu)。

此前已深入探討過(guò)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)水風(fēng)險及其監測預防策略，本期內容讓我們將視線(xiàn)轉向同樣至關(guān)重要的汽車(chē)安全議題——電池熱失控現象。

電池包的失控過(guò)程

通常情況下，電池包起火源于其內部電芯的短路，比如一些制造過(guò)程中的缺陷就可能導致電池內部的正負極不慎接觸短路。此時(shí)，電芯內部溫度急劇上升，引起電芯內部的特性損壞，我們稱(chēng)之為“熱事件”。

隨著(zhù)熱事件的持續，當溫度達到某一臨界點(diǎn)時(shí)，電池部分會(huì )開(kāi)始釋放氣體，并進(jìn)入到“熱失控”狀態(tài)，這標志著(zhù)一種嚴重的失效模式開(kāi)始顯現。

熱失控通常起始于電池包里的單個(gè)電芯，并通過(guò)熱傳遞迅速波及鄰近電芯，這一過(guò)程被稱(chēng)為“熱失控傳遞”。若不加以有效控制，這種連鎖反應最終可能引發(fā)失火甚至爆炸，對乘客安全構成重大威脅。

我國《電動(dòng)汽車(chē)用動(dòng)力蓄電池安全要求》（GB 38031-2020）中明確指出：電池包或系統在由于單個(gè)電池熱失控引起熱擴散、進(jìn)而導致乘員艙發(fā)生危險之前5min，應提供一個(gè)熱事件報警信號。

電池包主流監控方式

溫 度

由于電池熱失控時(shí)溫度會(huì )顯著(zhù)上升，所以在電池包模塊的內部會(huì )布置相應的溫度傳感器來(lái)嚴密監控其溫度狀況。

溫度傳感器僅能反映安裝位置實(shí)時(shí)的溫度狀況，同時(shí)會(huì )受到熱擴散速度以及發(fā)生熱失控的電芯與溫度傳感器之間距離的影響。

這種物理特性可能導致從熱失控初始到溫度傳感器實(shí)際捕捉到異常溫度之間存在幾分鐘的延遲。

電 壓

在電池包面臨熱失控的緊急情況下，電芯電壓會(huì )下降。這一通過(guò)監控電壓的安全技術(shù)目前在國內眾多電池包系統中已得到應用，成為偵測、保障電池安全的重要手段之一。

電壓監控受限于電池包的排列方式、電池充電的狀態(tài)以及控制算法和邏輯，從電壓異常到系統響應，這一過(guò)程中可能存在一定的延遲，該延遲時(shí)長(cháng)可短至幾分鐘，長(cháng)則不超過(guò)十分鐘。

氣 壓

電池包內部的氣體會(huì )隨著(zhù)壓力急劇上升而膨脹，這種氣壓的變化能夠提供及時(shí)預警的窗口，迅速且精確地反映出電池包內部的狀態(tài)變化。

氣壓監控的優(yōu)勢在于其響應速度快，通常延遲時(shí)間以秒計算，即在極短的時(shí)間內就能捕捉到壓力變化，這一手段也受限于氣體上升速度以及汽車(chē)電池當前的充/放電狀態(tài)。

氣 體

部分海內外廠(chǎng)商還會(huì )在電池包的整體設計中集成氣體監測的方式。在電池包熱失控的過(guò)程中，會(huì )不可避免地釋放出一些氣體。

通過(guò)監測這些氣體的濃度變化，用戶(hù)也可以及早捕捉到電池包的異常跡象，有效預防或減輕潛在的安全風(fēng)險。氣體監控的核心在于氣體擴散速率，包括傳感器在電池包內的布局位置以及監測氣體種類(lèi)的選擇。

經(jīng)過(guò)第三方機構在2022年的測試，氣體監測方式的延遲時(shí)間通常都在10秒鐘以?xún)取?/p>

評估與選擇

基于以上四種不同的監控方式，什么樣的“決定邏輯”才是比較有效且可靠的呢？我們主要從下列三個(gè)指標來(lái)進(jìn)行評估：

1 時(shí)效性

傳感器需要延遲多長(cháng)時(shí)間才能給予反饋，進(jìn)而引發(fā)系統報警？

2 嚴密性

當車(chē)輛出現熱失控時(shí)，是否是由于傳感器失效或其他問(wèn)題導致系統沒(méi)有發(fā)現？

3 準確性

可否避免車(chē)輛沒(méi)有出現熱失控，但基于傳感器監控出現的事故誤報？

在評估整體監控方案時(shí)，針對汽車(chē)熱失控的監測，通過(guò)不同傳感器組合的策略展現了不同的效果：

● 單一傳感器方案雖然簡(jiǎn)單，但時(shí)效性受傳感器類(lèi)型影響大，且存在高誤報與漏報風(fēng)險。

● 雙傳感器方案中，任一傳感器觸發(fā)即報警，提高了檢測靈敏度但增加了誤報可能。

● 采用兩種傳感器同時(shí)觸發(fā)報警的策略，降低了誤報，但可能一定程度上存在漏報風(fēng)險。

深入分析后，不難發(fā)現采用三至四種傳感器，并要求其中兩種同時(shí)觸發(fā)報警的方式最為適宜。這種策略不僅有效降低了無(wú)法偵測到電池熱失控的風(fēng)險，還通過(guò)多重確認的流程減少了誤報警的可能性。

其中，氣體和氣壓的監控方式因響應迅速，成為提升時(shí)效性的關(guān)鍵。溫度和電壓監控方式的響應相對較慢，但仍是電池熱失控監控體系中不可或缺的一環(huán)。

作為電動(dòng)汽車(chē)中的核心部件，電池技術(shù)無(wú)疑是主機廠(chǎng)與電池供應商傾注無(wú)數研發(fā)心血與創(chuàng )新的結晶。

Sensirion憑借先進(jìn)的傳感技術(shù)，致力于開(kāi)發(fā)高精度、高可靠性的電池熱失控監測解決方案，實(shí)現對汽車(chē)電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監控，旨在熱失控的萌芽階段即能及時(shí)發(fā)現并采取措施，防患于未然。

同時(shí)，Sensirion也正不斷加強與汽車(chē)制造商之間的緊密合作，不止為促進(jìn)技術(shù)創(chuàng )新與傳感應用的深度融合，更為提升和保障電動(dòng)汽車(chē)的整體安全性能與駕乘人員的生命財產(chǎn)安全。