电池系统热失控防护及设计

　　一、热失控防护及设计理念

　　电池系统热失控防护主要从 隔、散、泄、预警四个方面去处理

　　首先，我们要讲一下隔，电芯与PACK如何做的隔离

　　p电芯防护措施

　　?隔绝电芯间的热传递（气凝胶、陶瓷隔热片、复合泡棉、相变隔热片、云母）

　　?增强电池的快速散热能力（石墨烯复合材料、相变吸热材料、导热硅胶垫）

　　?构建电池自我保护（熔断机制、电池泄压阀)

　　?灌封胶减少热量传递（软包模组）

　　pPACK防护措施

　　热失控防护具有系统性，需要结合合理结构设计、热管理预警以及必要的热防护措施协同作用。

　　其次，就是热失控防护材料与零部件

　　p防护材料——气凝胶

　　l气凝胶是一种具有纳米多孔结构的材料，采用超临界干燥，将凝胶中的液体被气体所取代，同时凝胶的网络结构基本保留不变，具有高孔隙率、高比表面积等特点，能够降低对流，降低辐射，降低热传导，从而起到防热隔热及隔音性能。

　　l 结构特性

　　孔洞孔径尺寸：1-30nm

　　孔径率：90%～99.8%

　　密度小：0.04-0.10g/cm3

　　比表面积大：800-1000 m2/g

　　常温常压下热导率：0.02 W/m·K

　　结构强度：预氧丝气凝胶＞玻璃纤维气凝胶＞陶瓷气凝胶

　　耐温性能：陶瓷气凝胶＞玻璃纤维气凝胶＞预氧丝气凝胶

　　厚度均匀：预氧丝气凝胶＞玻璃纤维气凝胶＞陶瓷气凝胶

　　p防护材料——相变隔热垫

　　隔热原理：

　　?“华夫格”结构所形成的空气隔热层；?材料本身具有良好的吸热能力，大于200℃，材料的吸热为600kJ/kg(不可逆)；?隔热垫的压缩对隔热效果有很大的影响，压缩越大，隔热效果越差。

　　p防护材料——云母材料

　　云母板

　　应用部位：模组之间、上箱盖

　　主要作用：耐冲击、防火隔热

　　特 点：可加工成特殊形状

　　云母纸

　　应用部位：上箱盖，电芯极耳

　　主要作用：防火

　　特 点：厚度薄、柔软、弯折

　　云母复合材料

　　应用部位：电芯间

　　主要作用：防火、隔热

　　特 点：可压缩

　　p防护材料——复合材料

　　常规泡棉虽然具有一定的隔热性能，但不耐温，复合材料是具有双层或者三层结构，既有满足压缩性，同时也具有一定的隔热和耐火性，对电池具有一定的防护作用，复合的材料主要预氧丝毛毡，玻纤。

　　p防护材料——硅胶防火泡棉

　　硅胶防火泡棉主要成分是有机硅氧烷和防火填料，常温下主要是靠泡孔结构隔热，在高温环境下形成多孔陶瓷结构，实现隔热，在压缩状态下，可以抑制材料的膨胀和开裂，空隙结构更不容易破坏，隔热性能更优异。

　　p防护材料——防火罩

　　芳纶是苯二甲酰苯二胺，具有高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱绝缘、抗老化等优良性能。

　　采用1000℃火焰喷枪测试耐温性能，背面温度低于400℃，具有良好的隔热能力。

　　p泄压零部件——电池泄压阀

　　1.防爆阀的泄压压力一般在0.65~0.8MPa；

　　2.三元材料比磷酸铁锂的电芯泄压压力略大。

　　p泄压零部件——防爆阀

　　工作原理

　　防爆阀选用聚四氟乙烯(E-PTFE)微孔膜作为主要防水透气材料，E-PTEE膜孔直径在0.1-10um之间，而空气分子平均直径只有0.00036um，水蒸气平均0.00047um，另外由于E-PTFE膜的表面能很低，在表面张力作用下（水分子相互拉扯）小水滴会在E-PTFE 膜表面迅速形成水珠，故气体可以顺利通过，而液态水不能通过，因此具有良好的防水透气性能。