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檢測150Ah以上的高鎳三元電芯的絕熱熱失控特性是行業(yè)內的熱點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題，本文利用仰儀科技BAC-420A大型電池絕熱量熱儀測定了190Ah NCM 811電芯的熱失控特征參數，填補了大容量高鎳鋰電池的檢測空白，有助于為電動(dòng)車(chē)等應用場(chǎng)景下的安全防護和熱管理設計提供基礎數據。
前言
近年來(lái)，伴隨電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，國家相關(guān)補貼政策也對電動(dòng)汽車(chē)的電池能量密度和續航里程提出了更高的要求[1]。受產(chǎn)業(yè)政策要素引導，鋰電池單體也不斷向大容量和高比能量發(fā)展。目前400公里以上的續航里程為行業(yè)主流，且市場(chǎng)占有率逐步提升，電池能量密度在160 Wh/kg以上的車(chē)型的市場(chǎng)份額也在同步增長(cháng)[2]。此外，“大電芯”還具有生產(chǎn)及應用綜合成本更低、BMS管理更便捷等優(yōu)勢。在此背景下，大容量高鎳三元電芯成為動(dòng)力電池的重要發(fā)展方向之一。
電池單體的大型化為單體熱失控研究帶來(lái)了新的挑戰。市面上常規的電池絕熱量熱儀抗爆能力不足，測試大容量高鎳電池存在安全風(fēng)險，導致這類(lèi)電池的熱失控數據不易獲取。針對上述問(wèn)題，杭州仰儀科技有限公司開(kāi)發(fā)的BAC-420A大型電池絕熱量熱儀采用彈簧鎖扣結構優(yōu)化了量熱儀的頂蓋和爐體的連接設計，以便于在電池熱失控階段進(jìn)行快速泄壓，從而提高儀器的抗爆性能。
本文利用BAC-420A，在經(jīng)典HWS（加熱-等待-搜尋）模式下測定得到了190Ah NCM 811電芯的絕熱熱失控數據，并初步辨識了大容量高鎳電芯的熱失控危險特性。
實(shí)驗部分
2. 實(shí)驗條件
實(shí)驗儀器：杭州仰儀科技有限公司BAC-420A大型電池絕熱量熱儀、電池充放電設備、TP-700多通道測試儀；
試驗環(huán)境溫度：28℃；
采樣頻率：1-100Hz；
溫度控制模式：HWS-R模式；
自放熱檢測閾值：0.02℃/min;
熱電偶固定位置：大面中心點(diǎn)、電池正極極耳、負極極耳、泄壓閥上方30mm。
圖1 (a)BAC-420A大型電池絕熱量熱儀和(b)電池樣品安裝示意圖
實(shí)驗結果
1. 絕熱熱失控曲線(xiàn)
圖2 190Ah電池熱失控(a)溫升/電壓-時(shí)間曲線(xiàn)和(b)溫升速率-溫度曲線(xiàn)
大容量高鎳電芯達到熱失控起始溫度后具有極高的能量釋放速率。如圖2所示，在儀器上蓋被頂起泄壓的情況下，電池表面熱失控最高溫度Tmax仍然能夠達到約1100℃，最大溫升速率超過(guò)10000℃/min，明顯高于磷酸鐵鋰和中低鎳NCM電池的數據。
圖3 190Ah電池熱失控過(guò)程防爆箱(a)外部和(b)內部視頻畫(huà)面
通過(guò)視頻監控可以發(fā)現，190Ah電芯在熱失控階段發(fā)生了猛烈的煙氣噴發(fā)和火焰噴射現象。此外，據實(shí)驗現場(chǎng)觀(guān)察，雖然儀器無(wú)損傷，但電芯爆炸引發(fā)的氣流沖擊能夠對5米外的物體造成明顯的破壞力。因此，進(jìn)行大容量高鎳電芯測試，為確保安全實(shí)驗室必須具備足夠的泄爆面積。
結論
本文利用BAC-420A大型電池絕熱量熱儀測量了大容量高鎳鋰電池單體的熱失控參數。相關(guān)數據可用于此類(lèi)電池的熱失控風(fēng)險評價(jià)以及熱管理系統設計，提高電動(dòng)汽車(chē)、儲能電站、民用航天等應用場(chǎng)景的安全性。
參考資料：
[1] 2022年新能源汽車(chē)推廣補貼方案[EB/OL]. www.gov.cn,2021-12-31.
[2]新能源乘用車(chē)動(dòng)力電池續航里程發(fā)展趨勢分析[DB/OL]. www.autoinfo.org.cn,2021-06-18.
