守護出行安全：了解汽車電池熱失控那些事兒

近年來，在消費者選購新能源汽車的過程中，安全考量已躍居首位，而頻發(fā)的新能源汽車事故無一不觸動著消費者的神經，讓不少人陷入猶豫和觀望。

這些安全隱患也無疑加深了市場對于電動汽車安全性能的廣泛關注與擔憂。

此前已深入探討過電動汽車進水風險及其監(jiān)測預防策略，本期內容讓我們將視線轉向同樣至關重要的汽車安全議題——電池熱失控現(xiàn)象。

電池包的失控過程

通常情況下，電池包起火源于其內部電芯的短路，比如一些制造過程中的缺陷就可能導致電池內部的正負極不慎接觸短路。此時，電芯內部溫度急劇上升，引起電芯內部的特性損壞，我們稱之為“熱事件”。

隨著熱事件的持續(xù)，當溫度達到某一臨界點時，電池部分會開始釋放氣體，并進入到“熱失控”狀態(tài)，這標志著一種嚴重的失效模式開始顯現(xiàn)。

熱失控通常起始于電池包里的單個電芯，并通過熱傳遞迅速波及鄰近電芯，這一過程被稱為“熱失控傳遞”。若不加以有效控制，這種連鎖反應最終可能引發(fā)失火甚至爆炸，對乘客安全構成重大威脅。

我國《電動汽車用動力蓄電池安全要求》（GB 38031-2020）中明確指出：電池包或系統(tǒng)在由于單個電池熱失控引起熱擴散、進而導致乘員艙發(fā)生危險之前5min，應提供一個熱事件報警信號。

電池包主流監(jiān)控方式

溫 度

由于電池熱失控時溫度會顯著上升，所以在電池包模塊的內部會布置相應的溫度傳感器來嚴密監(jiān)控其溫度狀況。

溫度傳感器僅能反映安裝位置實時的溫度狀況，同時會受到熱擴散速度以及發(fā)生熱失控的電芯與溫度傳感器之間距離的影響。

這種物理特性可能導致從熱失控初始到溫度傳感器實際捕捉到異常溫度之間存在幾分鐘的延遲。

電 壓

在電池包面臨熱失控的緊急情況下，電芯電壓會下降。這一通過監(jiān)控電壓的安全技術目前在國內眾多電池包系統(tǒng)中已得到應用，成為偵測、保障電池安全的重要手段之一。

電壓監(jiān)控受限于電池包的排列方式、電池充電的狀態(tài)以及控制算法和邏輯，從電壓異常到系統(tǒng)響應，這一過程中可能存在一定的延遲，該延遲時長可短至幾分鐘，長則不超過十分鐘。

氣 壓

電池包內部的氣體會隨著壓力急劇上升而膨脹，這種氣壓的變化能夠提供及時預警的窗口，迅速且精確地反映出電池包內部的狀態(tài)變化。

氣壓監(jiān)控的優(yōu)勢在于其響應速度快，通常延遲時間以秒計算，即在極短的時間內就能捕捉到壓力變化，這一手段也受限于氣體上升速度以及汽車電池當前的充/放電狀態(tài)。

氣 體

部分海內外廠商還會在電池包的整體設計中集成氣體監(jiān)測的方式。在電池包熱失控的過程中，會不可避免地釋放出一些氣體。

通過監(jiān)測這些氣體的濃度變化，用戶也可以及早捕捉到電池包的異常跡象，有效預防或減輕潛在的安全風險。氣體監(jiān)控的核心在于氣體擴散速率，包括傳感器在電池包內的布局位置以及監(jiān)測氣體種類的選擇。

經過第三方機構在2022年的測試，氣體監(jiān)測方式的延遲時間通常都在10秒鐘以內。

評估與選擇

基于以上四種不同的監(jiān)控方式，什么樣的“決定邏輯”才是比較有效且可靠的呢？我們主要從下列三個指標來進行評估：

1 時效性

傳感器需要延遲多長時間才能給予反饋，進而引發(fā)系統(tǒng)報警？

2 嚴密性

當車輛出現(xiàn)熱失控時，是否是由于傳感器失效或其他問題導致系統(tǒng)沒有發(fā)現(xiàn)？

3 準確性

可否避免車輛沒有出現(xiàn)熱失控，但基于傳感器監(jiān)控出現(xiàn)的事故誤報？

在評估整體監(jiān)控方案時，針對汽車熱失控的監(jiān)測，通過不同傳感器組合的策略展現(xiàn)了不同的效果：

● 單一傳感器方案雖然簡單，但時效性受傳感器類型影響大，且存在高誤報與漏報風險。

● 雙傳感器方案中，任一傳感器觸發(fā)即報警，提高了檢測靈敏度但增加了誤報可能。

● 采用兩種傳感器同時觸發(fā)報警的策略，降低了誤報，但可能一定程度上存在漏報風險。

深入分析后，不難發(fā)現(xiàn)采用三至四種傳感器，并要求其中兩種同時觸發(fā)報警的方式最為適宜。這種策略不僅有效降低了無法偵測到電池熱失控的風險，還通過多重確認的流程減少了誤報警的可能性。

其中，氣體和氣壓的監(jiān)控方式因響應迅速，成為提升時效性的關鍵。溫度和電壓監(jiān)控方式的響應相對較慢，但仍是電池熱失控監(jiān)控體系中不可或缺的一環(huán)。

作為電動汽車中的核心部件，電池技術無疑是主機廠與電池供應商傾注無數(shù)研發(fā)心血與創(chuàng)新的結晶。

Sensirion憑借先進的傳感技術，致力于開發(fā)高精度、高可靠性的電池熱失控監(jiān)測解決方案，實現(xiàn)對汽車電池狀態(tài)的實時監(jiān)控，旨在熱失控的萌芽階段即能及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，防患于未然。

同時，Sensirion也正不斷加強與汽車制造商之間的緊密合作，不止為促進技術創(chuàng)新與傳感應用的深度融合，更為提升和保障電動汽車的整體安全性能與駕乘人員的生命財產安全。