引言
我们来看一下AVL整理的这一份WEBINAR里面有价值的地方,这份材料主要是介绍热失控设计防护仿真的,又恰好是用的比较用的多双排大模组。《Hazard Limitation and Safety Assessment for EV Batteries Using Simulation-Based Development》
图1 GTR N20下热失控防护的延缓设计成为全球标准配置
01考虑对象双排模组
这个研究对象是我们比较用的多的双排方壳模组,如下图所示
研究仿真还原的是电芯在喷发气体的危害因素,在排气过程中气体成分、质量和流量,研究不同的泄压阀位置和内部的效果;当然我们最关注的还是电芯热失控过程中的时间传播延迟性还有对于加入隔热材料等措施的有效性。
图2 热失控实验的分析和仿真监控
1)喷发过程的评估
电芯达到临界温度以后,汽化的电解质就会高压喷发到电池模块中的气隙中。这种气体的温度最高可达1400°C,可在很短的时间内熔化附近的部件,在这里最直接的就是模组上盖的融化。
图3 热失控以后喷发气体造成的危害
热失控过程中释放出来的气体包含H2,CO,CH4,DMC和其他(在某些情况下为有毒的)成分,这样的混合气体高度易燃。 在整包仿真中的意义是考核烟气隔离盖、泄压阀数量&位置和排气通道的设计优化。
图4气体在环境下是否会自燃也是影响整个反应的过程
2)泄压阀的设计
目前电池包内设计的泄压阀,是确保电池系统内可燃气体在可控状态下排出的最主要的设计手段,通过对泄压阀的建模对于确定选择泄压阀的数量、位置和压力释放特性比较关键。
图5 Etron、ES8和Model 3的泄压阀设计
3)模组内电芯热传递的时间优化
模组内隔绝电芯热传播的手段主要是通过增加电芯的间距,间隔的隔热材料,端板的绝缘防护和顶部绝缘烟气盖的设计。
图6 在端板附近电芯引发热失控的传递时间
4)烟气隔离
有效的烟气隔离设计主要是能够影响模组内的热失控传播时间,另一方面也有助于防止气体对于模组上盖的快速融化。
图7 烟气隔离盖
02系统措施
现在行业里面都在提零热失控,也就是即使电芯热失控,整包也能控制住。这个我们能采取的手段如下图所示,手段都是相似的,就是在不同位置和不同条件下是否能做到完全的一致,完全能在可控范围内。
图8 目前各个电池厂做的系统层面设计都是相似的
小结:我觉得在经过不停的实验以后,可能要做一些类似AVL这样的不同条件和不同位置上进行系统性的仿真以后,结合最恶劣条件下的实验,才能让电池系统更安全一些
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