最近对2017年上公告的车型进行了初步的统计，发现在乘用车应用中采用三元体系的电池比例显著上升，NCM电芯占了七成以上，其余主要是LFP。这种变化从中汽研的报告关于电池能量密度变化趋势的报告中也有所体现。报告中显示2017年国内电芯平均能量密度达到170wh/kg，较以往上升5wh/kg；而PACK平均能量密度达到了117wh/kg，较以往上升11wh/kg。 而另一方面目前90%车型的电池组系统依然采用的是自然冷却方案，剩下不到10%的车型中风冷和水冷各占一半。可见大多数企业并没有因为采用了更高能量密度的电芯而同步提升电池组系统的热管理能力。
A.那么高能量密度的电池组系统是否有必要增强热管理能力呢？
B.热管理装置能有效缓解热失控风险么？
所以本文主要想讨论一下动力电池热失控的预防和处理。
1.热失控的触发模式
首先能触发热失控的场景很多。电池组系统的碰撞、挤压、穿刺、短路、过充、过温都有可能引发热失控。但总的来说可以将触发条件归纳为三大类：
· 机械触发
· 电触发
· 热触发
因此动力电池系统在设计中需要有合理的机械防护设计减少机械触发的风险，通过BMS减少电触发的风险，那么有良好的热管理设计则能减少热触发的风险。所以分析到这里首先可以回答上面提到的问题B。接下去再看看能不能找到问题A的答案。
2.影响严重性的因素
电池组系统中一旦某节电芯触发了热失控，则该节电芯将迅速升温并影响周围的电芯。这种热扩散可以通过电池壳体、Busbar传递热量，甚至可能是起火的火焰炙烤周边的电芯，最终引起更多的电芯热失控。而单个电芯热失控的严重程度主要和三个因素有关：
· 电芯设计：良好的电芯设计充分考虑热失控情况下的保护措施可以将更好的降低危害。
· SOC状态：电芯热失控的前期主要是电芯内部能量迅速释放的过程，显然SOC越高则电芯内部可释放能量越大，引起的危害也越大。因此我们在新闻中看到的几起严重的电动汽车起火事件都是过充导致的。
· 能量密度：与SOC同理，能量密度越高的电芯热失控后的严重性更大，也更容易引发热失控。此前在中汽研的研究报告中了解到，他们针对不同体系的电芯进行了热失控触发实验。实验结果显示触发NCM热失控所需的能量是以下几种电芯中最少的，其次分别是LFP、LTO、Ni-H，与电芯能量密度的关系恰好吻合。
所以目前视乎问题A也找到了答案。那么就目前的技术方案来看哪一种热管理方案能更好的减少热失控后的危害呢？
3.热扩散的预防
热扩散的预防可以分为两个方面：
· 对热失控的有效监测
首先BMS若能在热失控前期检测到异常情况并提前采取相应措施势必可以减少危害。例如可以快速启动电池冷却，提醒驾驶人员采取应急措施等。由于电池热失控时能量大量释放，所以失控的电芯会有电压迅速下降的现象；与此同时电芯的温度会迅速上升。所以BMS通过判断dV/dt和dT/dt是有可能尽早的识别风险的。在阈值设定方面则需要在前期通过模型分析和试验进行较为准确的标定。
· 对热扩散的有效控制
在热扩散的控制方面，若电芯和电芯之前能充分隔热防火，那么热扩散就能控制在较小的区域内。但另一方面在自然冷却和风冷方案中充分的隔热会导致电池系统热场分布的不均衡，与控制热扩散的要求刚好相违背。液冷能够较好的兼顾两方面的需求。例如在Volt上电芯一侧是冷却片，另一侧是绝缘隔热片，一方面能充分隔离电芯，避免通过电芯壳体互相传热，另一方面冷却片可以充分均衡电池系统的温度。
回到最初的问题，个人认为随着电池系统能量密度的攀升，热管理技术也需要同步跟进，从而有效降低热失控的风险和热扩散的影响。
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