【技術(shù)】對鋰離子電池的安全性評判

　　近年來多起電動汽車著火事件的曝光，使得人們對電動汽車尤其是是鋰離子電池的安全性問題越來越關(guān)注。當(dāng)然這不是說電動汽車的安全性就很差，普通汽油車也容易發(fā)生起火事件，特別是夏天，只要留心就會發(fā)現(xiàn)汽油車的自燃事件發(fā)生也不在少數(shù)，但是我們也希望能從鋰離子電池安全設(shè)計(jì)上避免類似的事故發(fā)生，畢竟人的安全是大于一切的，就如同那句話說的"人是萬物的尺度"。

　　目前我們對鋰離子電池安全性的評判還停留在一個較為初級的階段，判斷標(biāo)準(zhǔn)比較模糊，只能判斷電池危險(xiǎn)程度的幾個明顯的點(diǎn)，但實(shí)際上鋰離子電池從完全安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變到完全危險(xiǎn)的狀態(tài)是一個連續(xù)變化的曲線，也就是說現(xiàn)在的評判體系無法判斷兩個狀態(tài)之間的電池安全狀態(tài)，這就形成了一個電池安全狀態(tài)的盲區(qū)，因此對鋰離子電池的安全性評判函數(shù)化、數(shù)字化就顯得尤為重要，特別是對于動力電池在電動汽車上的應(yīng)用有著重要的意義。

　　目前針對鋰離子電池安全性常用的標(biāo)準(zhǔn)為歐洲汽車研究發(fā)展理事會制定的危害等級分類。該危險(xiǎn)級別分類表將電池風(fēng)險(xiǎn)等級共分為0-7八個級別，級別越高電池越危險(xiǎn)。

　　例如6級表明電池發(fā)生起火但未發(fā)生爆炸，而最高的7級表明電池不僅發(fā)生了起火，還發(fā)生了危險(xiǎn)的爆炸。為了保證操作人員的安全，需要將危險(xiǎn)級別控制在4以內(nèi)，也就是說電池不發(fā)生破裂、起火和爆炸。

　　首先我們要樹立一個概念，安全性與濫用是相對立的，增加濫用強(qiáng)度，則必然降低電池系統(tǒng)的安全性。目前大多數(shù)針對鋰離子電池安全性描述，都是基于經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，缺乏數(shù)字性質(zhì)的準(zhǔn)確描述。

　　為了將電池風(fēng)險(xiǎn)數(shù)字化，Ashtiani發(fā)明的風(fēng)險(xiǎn)模式和風(fēng)險(xiǎn)分析(HMRMA)模型，該模型主要由兩個中要參數(shù)組成風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重程度Hs和風(fēng)險(xiǎn)概率HL。

　　其中Hs值為0-7代表風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重程度，HL值為1-10表示風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性，代表每100萬件樣品中發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)量。為了降低風(fēng)險(xiǎn)HR的值，可以選擇降低Hs或者HL，或者我們也可以引入一個新的變量風(fēng)險(xiǎn)控制Hc，因此上式就可以轉(zhuǎn)變?yōu)?，其中Hc的值的范圍為0-1，完全不控制Hc為1，完全控制則Hc為0。

　　電池的風(fēng)險(xiǎn)隨著電池的使用狀態(tài)是在不斷的發(fā)生變化的，為了體現(xiàn)這種變化，Lu等基于電池電壓和使用溫度探討了電池使用安全性問題，并引入了功能狀態(tài)函數(shù)SOF，該函數(shù)主要有電池充電狀態(tài)SOC和電池安全狀態(tài)SOH，以及電池的輸出功率有關(guān) 。

　　其中P(t)為電池輸出的瞬時功率，Pd為瞬時需求功率，Pmax為電池全新狀態(tài)時最大輸出功率。其中P(t)=Pmax·SOC(t)·SOH(t)，其中SOH(t)可以根據(jù)電壓的值來確定，如下式所示，其中V(t)為瞬時輸出電壓，Vd為負(fù)載最小需求電壓，Vlim為電池全新狀態(tài)時搭載負(fù)載最小出輸出電壓。

　　該系統(tǒng)能在鉛酸電池上良好運(yùn)行主要依賴于鉛酸電池SOC與電壓之間良好的線性關(guān)系，但是對于鋰離子電池SOC與電壓之間并不是完全的線性關(guān)系，因此需要做適當(dāng)?shù)男拚?/p>

　　本文上篇的內(nèi)容主要介紹了一些目前學(xué)者們針對鋰離子電池安全性模型的研究成果，下篇將結(jié)合18650電池的安全實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，介紹推導(dǎo)和使用電池安全性模型方法。