什么是蓄电池的热失控?

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-08-07
抑制蓄电池热失控的方法有哪些?

1.抑制蓄电池硫酸盐化的方法蓄电池充放电的过程是短化学反应的过程,充电时硫酸铅为氧化铅,放电时氧化铅又还原为硫酸铅。硫酸铅是一种非常容易结晶的物质,当蓄电池电解液溶液中的硫酸铅浓度过高或静态放置时间过长时,就会结成小晶体,这些小晶体,这些小晶体再吸引周围的硫酸铅,就会像滚雪球一样形成大的惰性结晶。结晶后的硫酸铅在充电时不但不能再还原为氧化铅,还会沉淀附着在电极板上,造成电极板工作面积减小,这一现象叫做硫酸盐化,也即是说的老化。这时蓄电池的容量就会逐渐减小,直至无法使用。当硫酸铅大量推积时还会吸引铅酸微粒形成铅枝,正、负极之间的铅枝搭桥会造成蓄电池短路。如果极板表面或密封塑料壳又缝隙,硫酸铅结晶就会在这些缝隙中堆积,并产生膨胀张力,最终使极板断裂脱落或外壳破裂,造成蓄电池不可修复性的物理损坏。所以,导致蓄电池失效和损坏的主要机理就是蓄电池本身无法避免的硫酸盐化。只要是铅酸蓄电池,在使用的过程中都会发生硫酸盐化,但其他领域所使用的铅酸蓄电池却比电动自行车上使用的铅酸蓄电池有着更长的寿命,这是因为电动自行车的铅酸蓄电池有着一个更容易盐酸盐化的环境。电动自行车以20km/h的速度行驶时的电流一般为4A,这个值已经高于其他领域所用的蓄电池的工作电流,而超速超载电动自行车的工作电流就更大。蓄电池制造商都进行1C充电70%、2C充电60%的循环寿命试验。经过这样的寿命试验,可达到350 次充放电循环寿命的蓄电池寿命很多,但是实际上使用的效果就相差甚远了。这就是因为大电流工作增加了50%的放电深度,蓄电池会加速硫酸盐化。采用铅钙合金的蓄电池的充足电压较高,一般为12V蓄电池的充电电压大于16V。当充电器的电压过低时,就容易引起蓄电池失衡,其原因是蓄电池每格的自放电不可能绝对相等,自放电大于一点的蓄电池每次用恒压充电不能完全充足电。未充足的电格未出现析气反应,极板接触电解液的面积相对减小,自放电就会减小,同时充电电压升高而达到充电大的格自放电越来越大,每次都不能充足电,而且电量越用越小,长期充不足电就会因硫酸盐化而失效。恒压充电器的恒压值过低就会出现以上现象,恒压值过高就会使蓄电池较高的电压、较小的电流进行长时间充电以平衡蓄电池自放电电量。过充电往往需要大电流和高电压,而大电流和高电压都会形成强烈的副反应而损伤蓄电池的正极板,还会导致蓄电池失水。采用高电压、大电流的脉冲可以克服多种原因引起的蓄电池接受能力下降问题,由于是采用脉冲形式,在大电流脉冲消逝以后,通过电池本身(或者外加的条件)的去极化能力而不形成严重的副反应。蓄电池硫酸盐化的原因有:(1)蓄电池放电后不能够及时充电,在此之间形成较大的硫酸铅结晶。这种现象发生在所有的深放电蓄电池上,并且在蓄电池放电12h以后就可以形成较大的硫酸铅结晶。(2)深循环蓄电池的硫酸比重相对较大,容易形成硫酸盐化的条件。(3)标准设计的阀控密封铅酸蓄电池的负极容量比正极容量多10%,负极过度的密封蓄电池在100%充电以后,还会有不少的硫酸铅结晶没有得到还原,形成了产生大硫酸铅结晶的“晶种”,其他条件下一旦具备,非常容易形成就较大的硫酸结晶。(4)正极板容量下降以后,负极板也不能完全还原,形成铅酸铅结晶逐渐长大的条件。由此可见,任何深循环在蓄电池在正常使用中,盐酸盐化是无法避免的。而蓄电池一但出现硫酸盐化,不仅仅会使蓄电池的负极板容量下降,也会加重蓄电池失水和正极板软化,对整个蓄电池的寿命形成影响。

热失控防护很简单,就是在蓄电池上增加温控开关,一旦温度超过危险点,知道切断充电回路。

蓄电池的热失控属于BMS中热管理失控的状态:电池在充放电使用下,会因为各种内部电化学反应产生热量,如果没有良好的散热体系,产热在电池内部堆积,逐渐出现功率降低,甚至出现爆炸燃烧等危险情况,这就是热失控。

热失控的原因和状态

电池产热受充放电倍率、内阻、放电深度DOD、当前SOC、容量等内在因素和环境温度、散热方式等外在因素影响。

1、影响因素
●充放电倍率
充放电倍率越高,电流越大,内阻越大,产热越高。所以在高倍率充电时候,电池生热速率更快,如果散热体系没有及时排出热量,产热将会逐步堆积。
●内阻
内阻的形成原因和功率输出、DOD、温度等有关,内阻越大,电效率降低,产生更多的热量堆积。特别是在SOC低于20%的时候,内阻急剧升高,此时需要降低电池输出功率,保护电池安全。
●容量
电池容量越大,电化学反应越多,产热越多。需要的散热功率越大,如果散热不能满足,产热会越积越多。
●环境温度
环境温度越高,导致部分风冷热交换系数越低,效果越差。特别是大容量纯电动汽车,风冷很难满足散热需求了。
●散热方式
为了避免热失控,工程师开发了风冷、液冷和相变材料等的散热的方式,不同的散热方式效果不同,但今天我们只是研究引发热失控的原因,究其原理,才能对症下药。

当然还有比如封装壳体不同、电池比表面积、日历寿命等等原因影响。但这种复杂的影响因素,我们在了解的同时,了解失控状态时间轴会更有意思,对产业技术支持也越大。

2、热失控的状态研究
参与热失控反应的有SEI膜分解、正负极以及电解液,当电池热量逐步堆集,以下以钴酸锂电池为参考。

●80摄氏度

电池温度升高到80℃时候,负极SEI膜分解放热,进一步增加电池产热速率;
●135摄氏度
135℃并不是一个确定的值,而是表示隔膜熔断温度。图中,131.24℃有一个吸热峰,隔膜吸热熔断,正负极短路,后续便产生更激烈的放热反应。
●155摄氏度以后
隔膜熔断之后,温度迅速升高,期间负极和电解液反应、正极与电解液反应、电解液自身分解,材料不同,反应顺序不同,反应温度也不同。热失控的判断标准是锂电池表面达到100℃,由隔膜熔断,正负极短路,锂电池表面很快达到300℃,最高升温速率达到220℃/min,反应十分剧烈,锂电池因此起火爆炸燃烧。


蓄电池的热失控反应十分复杂,大体来说,SEI膜的分解给予电池初始的热量积累,导致隔膜的熔断分解,由此带来正负极和电解液、电解液自身的放热、产气反应。在反应过程中的任何步骤改善都能带来更高的热稳定性和电池安全性。
比如对SEI膜进行界面改造,可以提高初始放热温度;

比如陶瓷隔膜更高的熔断温度、更低的内阻;

比如更优良的散热方式,如使用力王新材料的高性能的防热失控相变材料散热。

这些技术都能增加锂电池热稳定性,给新能源汽车的未来保驾护航。



热失控是一种极具破坏性的电池失控现象,会严重损坏电池以及周围的设备,造成昂贵的维修,甚至导致火灾造成难以估量的灾难性后果。而目前有效监测热失控的办法就是采用监测电池负极柱温度的方法来判断电池是否处在热失控状态,从热失控的三个阶段过程可以看出,温度发生明显变化时热失控已经进入第二阶段,电池内部结构开始塌陷,已对电池产生不可逆的损害。

为了能更早的监测到电池的热失控状态,华塑科技采用了监测电池组浮充电流的方式来实现预警,通过建立数学分析模型对电池浮充电流的变化趋势进行分析判断,实现在热失控阶段一就能精准预警的功能,减少热失控情况的发生。



一旦超过一旦温度,即使电池没有充电或放电,电池内部的化学反应也会产生大量的热量,维持电池持续高温,甚至使塑料外壳软化变形。

  • 电瓶发热的原因是什么?
    答:最后,禁止在汽车熄火后使用车上的电器,以避免电瓶过度放电。电瓶发热的原因电瓶发热的原因主要有以下几点:首先,电池失水可能会引起电池热失控。其次,单格电池提前失效故障也可能导致电池热失控。此外,电池的氧循环气路过于畅通也可能导致电池发热。最后,充电器与铅酸蓄电池组不匹配或充电器电压过高都...
  • 天能铅酸电池夏季高温下表现如何?
    答:不好。天能铅酸蓄电池在夏季高温环境下易发生热失控,是由于安全阀排出的气体量太少,难以带走电池内部积累的热量。热失控的巨热将使蓄电池壳体发生严重变形。所以不能在高温下暴晒,夏季应该停放在阴凉处。
  • 铅酸电池充电时候会发烫是什么原因
    答:铅酸电池在充电过程中发热是由于电池硫化、电池失水、电池热失控、电池活性物质脱落造成的,还有电池本身的问题和充电器问题。以下是具体的几个原因:1. 电池硫化。铅酸蓄电池的硫酸比重比较高,也是铅酸蓄电池硫化的重要因素。铅酸蓄电池硫化,破坏了负极板氧循环的能力,形成加速失水。2. 电池失水。电池...
  • 蓄电池常见的故障有哪些?
    答:蓄电池常见的故障问题及现象如下:1、不可逆硫酸盐化。故障现象:极板硫酸盐化是蓄电池常见的故障,许多蓄电池失效也是因这一故障而发生的。极板硫酸盐化主要表现为:充电时电压很快上升,过早析出气体,温度上升快;放电时电压下降快,容量小。2、变形。故障现象:蓄电池变形不是突发的,往往是有一个过程...
  • ...一直未充满,并且电池发烫,电源不亮了,是什么原因呢?
    答:这是高温天气产生的普遍现象。蓄电池随着温度升高,最高充电电压会降低,如果充电器不自动降低充电电压,充电器会认为蓄电池没充满,就一直充电,电池就会过度充电而发烫(热失控)。如果电池因为过度充电而发烫,严重损害寿命!充电一般控制在4小时内。
  • 新能源汽车防火常识
    答:电池热失控 与其他蓄电池比如铅酸电池相比,虽说锂离子电池具有更高的能量密度、更高的电压,但是其电解液组分、电极材料都更容易燃烧。因此锂离子电池发生自燃的概率更大。电池自燃主要是由电池的热失控造成的,电池发生诸如内部短路、大电流放电、过充电等现象,电池内部将会产生大量的热,导致温度增加。当...
  • 电动车充电的时候充电器红绿灯一起亮是怎么回事?
    答:电动车充电器,通电后红灯和绿灯一起亮:1、充电器电阻坏了,不能正常转换,换电阻。2、正常情况下红灯正常充电,亮绿灯表示电池充满了。3、充电器与插座之间接触不好,充电器输出线断了一根 4、或者是插座与电瓶连接的线掉了一根。铅酸电池的热失控问题 蓄电池变形不是突发的,往往是有一个过程的。
  • 蓄电池外壳为什么会破,好像融化开了?
    答:1、电解液不会融化塑料外壳,厂家不会这么傻。2、充电时,蓄电池发生热失控现象,内部化学反应激烈,产生高温、高压气体。这种情况,一般外壳会起鼓,蓄电池也报废了。
  • 阀控式铅酸蓄电池的失效原因有哪些
    答:阀控式铅酸蓄电池的失效原因:1、正极板软化、负极板硬化(也称硫酸盐化)。2、短路。3、断路。4、热失控变形。由于充电电压和电流控制不当,在充电后期会出现一种临界状态,即热失控。此时蓄电池的电流及温度发生积累性的相互增强作用,使电池槽壳变形“鼓肚子”。5、电解液干涸。干涸失效是阀控式...
  • 胶体电池是不是很怕热,夏天充电时间长容易鼓起来?
    答:1阀控密封式铅酸蓄电池产生热失控的原因 1•;1 恒压充电电压过高 经过大量实测,目前国内大陆的阀控密封式铅酸蓄电池(以下简称“电池” )在0.2C(5h)~0.25C(5h)条件下充电,大量析氧电平在2.35V/单格(25℃)左右.并且具有-4mV/℃/单格 的温度特性.大量析氢电平在2.42V左右.就是说标称36V/10Ah(5h)的电动...