基于鋰電池?zé)崾Э厮a(chǎn)生的氣體檢測來保障新能源汽車動力電池安全

鋰電池安全

動力電池作為新能源汽車的核心部件，對于新能源汽車安全性有著重要影響。目前，動力電池由于其內(nèi)部電化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜多樣，單體熱失控現(xiàn)象尚無法完全避免。因此，動力電池?zé)崾Э卦缙诎踩珯z測十分必要。然而，傳統(tǒng)的溫度、電壓等安全性監(jiān)測方法難以實現(xiàn)早期預(yù)警，而交流阻抗等創(chuàng)新性方法由于成本和準(zhǔn)確度問題尚無法商業(yè)化應(yīng)用。近年來研究發(fā)現(xiàn)氣體相對于溫度、電壓、爬電距離等參數(shù)具有更短的響應(yīng)時間。因此，通過產(chǎn)氣現(xiàn)象早期監(jiān)測動力電池?zé)岚踩录哂兄匾念A(yù)警作用。

1每個細節(jié)都可能導(dǎo)致一場意外

近日，晉城市城區(qū)某路段一輛正在充電的新能源汽車發(fā)生自燃......

消防救援人員接警后立即出動，通過偵查發(fā)現(xiàn)，此新能源汽車在充電時，電池發(fā)生短路，溫度過高，導(dǎo)致冒煙起火。

消防救援人員通過出水冷卻和泡沫滅火劑結(jié)合的方法，經(jīng)過一段時間的撲救，現(xiàn)場明火全部撲滅，后將車輛側(cè)翻，將電池卸下，進一步清理余火，未造成人員傷亡。

2每個標(biāo)準(zhǔn)背后可能都是一個事故

目前， 鋰離子電池以其高能量密度、 長循環(huán)壽命、無記憶效應(yīng)等特點，廣泛應(yīng)用于電動汽車、便攜式電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。

然而，鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展過程中，安全問題始終備受關(guān)注，尤其是電動汽車使用的大容量動力電池，一旦發(fā)生燃燒和爆炸將對乘員、周圍人員造成嚴(yán)重威脅。

在電池火災(zāi)事故中，大部分情況都是由于電池系統(tǒng)中某個電池單體發(fā)生熱失控，產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致其他電池單體發(fā)生連鎖反應(yīng)，即熱擴散，最終導(dǎo)致整個電池系統(tǒng)燃燒甚至爆炸。

雖然目前我國已發(fā)布動力電池安全強制性國家標(biāo)準(zhǔn)GB38031-2020 《 電動汽車用動力蓄電池安全要求》， 動力電池產(chǎn)品必須滿足相應(yīng)強制性國家標(biāo)準(zhǔn)。

然而，由于鋰離子電池本身的理化性質(zhì)，以及產(chǎn)品生產(chǎn)過程質(zhì)量控制水平所限， 即使通過了上述強標(biāo)測試， 在使用過程中電池?zé)崾Э厝詿o法完全避免。 因此， 研究鋰離子電池?zé)崾Э卦缙诒O(jiān)測方法對于電動汽車產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展非常必要。

3氣體檢測實現(xiàn)鋰電池安全預(yù)警

事實上，針對鋰離子電池?zé)崾Э氐脑缙诒O(jiān)測方法已經(jīng)有了較多研究，主要是基于電池的熱性能和電性能。

電池管理系統(tǒng)利用傳感器監(jiān)測和判斷電池的溫度、電壓、SOC（電池容量）等關(guān)鍵參數(shù)是否出現(xiàn)顯著不一致等異常情況，實現(xiàn)熱失控場景的監(jiān)測。

然而，通常傳感器只能監(jiān)測電池外部溫度和端電壓，對于常見的內(nèi)部短路導(dǎo)致電池?zé)崾Э氐那闆r，在初期階段電池的電壓、外部溫度變化不大，因此難以在熱失控更為早期的階段報警。

電芯內(nèi)部溫度傳感器或者電化學(xué)交流阻抗測試等方法能夠提供電芯內(nèi)部的溫度情況，但由于成本問題目前無法得到商業(yè)化的應(yīng)用。

鋰離子電池在熱失控的早期階段會產(chǎn)生一定量的氣體，為熱失控預(yù)警提供了一種有效監(jiān)測方法。研究表明，氣體相對于溫度、電壓、爬電距離等參數(shù)具有更短的響應(yīng)時間。因此，通過產(chǎn)氣現(xiàn)象早期監(jiān)測鋰離子電池?zé)崾Э鼐哂兄匾囊豁棸踩A(yù)警措施。

慧聞科技自主研發(fā)的智能傳感器模組MSZ3005電池/儲能安全監(jiān)測模塊，可用于判斷當(dāng)前環(huán)境中的危險氣體等級（CO，氫氣，DMC電解液等），可同時識別和檢測異味含量，模組具有高靈敏度、高分辨率、低功耗的特點。

同時也可以根據(jù)等級進行高低報警，MSZ3005系列模組的傳感器是不同材料體系組成的多通道氣體傳感器，使用特定的調(diào)理電路和精確地算法來判定當(dāng)前環(huán)境中三種危險氣體的預(yù)警等級，對于電池組安全的早期預(yù)警有非常實用的意義。