电动汽车动力电池热失控的防控策略

近年来，全球气候变暖、能源短缺和环境污染等问题日益凸显，新能源汽车成为汽车行业未来发展的主要方向之一。在新能源汽车产业迅猛发展的大背景下，电动汽车的动力电池技术取得了显著进步，但其安全性问题却一直被人们所忽视。近年来发生的多起电动汽车起火事件严重威胁着电动汽车产业的健康发展。动力电池热失控是导致电动汽车起火甚至爆炸的主要原因，本文围绕动力电池热失控的控制策略展开讨论，从热失控发生的原因、影响因素、检测方法以及防控措施四个方面进行了分析，并对未来研究方向进行了展望。本文旨在为我国在新能源汽车动力电池热失控的控制策略上提供理论支撑。

引言

随着全球能源短缺和环境污染问题的日益突出，新能源汽车作为一种重要的交通工具，逐渐成为当前世界各国汽车工业发展的重点。根据中国汽车工业协会发布的数据，我国新能源汽车销量在2019年达到52.4万辆，同比增长129.7%，新能源汽车销量占全年汽车总销量的比重达到12.6%。据有关机构预测，到2030年，我国新能源汽车保有量将达到1700万辆。然而在发展电动汽车产业的同时，其安全性问题也日益凸显。虽然电动汽车起火事故已经成为世界各国关注的焦点，但目前我国尚未出台电动汽车安全方面的相关标准。因此，我国在发展新能源汽车产业时应高度重视动力电池安全问题，避免因电池热失控造成人身伤害和财产损失。本文结合当前国内外研究现状，从动力电池热失控产生的原因、影响因素以及检测方法三个方面展开分析。

热失控发生的原因

电动汽车发生火灾的主要原因是电池热失控，而造成电池热失控的原因有多种，涉及到电池自身、外部因素以及人为操作等多个方面。例如，在充放电过程中，由于电极与电解液等物质的热膨胀系数不同，使得电池内部出现应力集中现象。在应力作用下，锂离子不断从正极向负极迁移，使得电池内部产生大量的热。此外，在充放电过程中，当锂离子迁移速度时，就会形成锂枝晶。当锂枝晶生长到一定程度时就会刺破隔膜并刺穿隔膜刺破隔膜时就会产生大量的热；当温度升高到一定程度时就会使电极材料失去活性而出现内部短路；当温度继续升高时，锂离子从正负极材料中析出形成枝晶，并刺穿隔膜后产生短路。

热失控影响因素

动力电池的热失控通常是由电池内部因素、外部环境因素和电芯本身三个方面引起的，因此，对电池热失控的研究，首先需要对影响电池热失控的内部因素进行分析。

影响电池热失控的内部因素包括电芯自身和外部环境因素，其中电芯自身因素主要包括电池本身的物理性质、化学性质以及生产工艺等；外部环境因素主要包括外部温度、湿度、机械冲击等。对于影响电池热失控的外部环境因素，也有学者对其进行了研究，如图1所示。

可以看出，温度和湿度是影响电池热失控的主要外部环境因素。此外，对于电芯内部而言，化学性质也是影响其热失控的重要原因之一。本文对影响电池热失控的内部和外部环境因素进行分析。

热失控检测方法

热失控检测方法主要分为两种：一种是通过对动力电池的热失控过程进行实时监测，对电池系统的状态进行实时监测，可以实现对电池系统的保护，避免电池系统由于过热而引起的热失控；另一种是通过对动力电池包或者单个电池的热失控进行监测，根据热失控事件发生时动力电池包或单个电池内部温度变化情况，对动力电池系统和单个动力电池的安全性进行评价，从而实现对动力电池安全状态的检测。目前，主流电动汽车企业都推出了基于大数据技术、人工智能技术、5G通信技术和智能物联网技术等现代科技手段的新能源汽车智能安全监控系统，其在采集和处理数据信息方面具有更大优势。国内外许多研究机构都开展了基于大数据和人工智能技术的新能源汽车安全监控系统研究。该系统在提高检测精度、提高检测速度以及降低成本方面具有重要意义。

防控措施

首先，在电池的设计和研发阶段，电池厂家要加强对电池热失控的风险评估，可以通过多种技术手段进行模拟，比如：在电池内部添加抑制热失控的化学材料，提高电池内部温度变化的可控性；采用锂金属负极和陶瓷隔膜，避免锂金属负极与电解液接触而发生短路；对电芯进行温度控制和电压控制，避免电芯内部过热而发生热失控。

其次，要加强对用户使用习惯的管理和引导。由于电动汽车的使用环境较为恶劣，因此用户要养成良好的使用习惯，对自己的爱车进行定期维护和保养；在使用过程中要避免过度充电和过度放电；不要车内存放易燃物品，以防止车辆着火后产生大量有害气体而危及驾乘人员生命安全。

最后，为了更好地保障电动汽车在发生热失控时能够及时发现并进行有效处置，相关部门应构建完善的电动汽车安全监控系统，为电动汽车的安全管理提供技术支持。

研究展望

近年来，新能源汽车起火事故频发，安全问题成为人们关注的焦点。动力电池是影响电动汽车安全的重要因素，而动力电池热失控是导致电动汽车起火甚至爆炸的主要原因，因此对动力电池热失控的研究是一项重要的课题。然而，目前国内外在动力电池热失控防控策略方面的研究还存在许多不足，还需要在以下几个方面展开深入研究：

1.进一步开展不同因素对动力电池热失控的影响规律、热失控抑制方法等方面的研究。

2.建立动力电池热失控发生机制与演化规律模型，探索适用于我国电动汽车发展的动力电池安全管理技术。

3.基于机器学习和深度学习技术开展动力电池热失控的精准检测和预测，为我国电动汽车发展提供理论支撑。

结论

电动汽车动力电池的安全性问题一直是国内外学者关注的重点，尤其是随着我国新能源汽车产业的迅猛发展，动力电池在整车中所占的比重越来越大，安全问题也成为了制约新能源汽车发展的关键因素之一。本文从热失控产生的原因、影响因素、检测方法以及防控措施四个方面进行了分析，提出了动力电池热失控防控策略研究的几个方向：（1）将更多先进技术应用于动力电池热失控检测；（2）根据热失控发生原因研究热失控防控措施；（3）从动力电池单体、系统层面研究热失控防控策略；（4）通过建立热失控发生的多物理场模型，深入理解动力电池在发生热失控时的温度分布以及产热、产气的机理，并从能量和空间角度对其进行定量化分析。本文旨在为我国在新能源汽车动力电池安全技术方面提供理论支撑，从而推动我国新能源汽车产业健康有序发展。

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