什麼是電池熱失控？這個關鍵問題是探索電池單元行為複雜性的核心。本文深入探討了這種現象的原因、預防策略和危害。
第 1 部分. 什麼是電池熱失控？
電池熱失控是指電池過熱，導致電池內溫度和壓力快速且不可控地升高。這種升高的熱量會導致內部化學反應加速，釋放出額外的熱量和氣體。這種失控過程可能迅速升級，導致爆炸或火災等災難性後果。過度充電、物理性損壞或暴露在高溫下等因素都可能引發熱失控。
一旦引發，熱失控會迅速蔓延至整個電池，對附近的物體或個人造成重大安全隱患。從本質上講，電池熱失控是儲能領域的關鍵問題，因為它可能造成嚴重損壞和危險。
第 2 部分. 是什麼原因導致電池熱失控？
外在因素
- 過度充電：當電池接收的電荷超過其可處理的量時，會導致過多的熱量積聚，引發熱失控。
- 高溫：暴露於外部熱源（例如直射陽光或高溫環境）會使電池溫度升高到危險水平，從而引發熱失控。
- 物理損壞：電池外殼的任何損壞（例如穿孔或裂縫）都可能使內部組件暴露在空氣和濕氣中，導致短路和熱失控。
內部因素
- 製造缺陷：生產過程中的品質控制不足會導致電池材料中出現雜質或不一致，從而產生容易過熱和熱失控的弱點。
- 內部短路：電池內部結構（例如正極和負極之間的隔板）損壞會導致短路，從而產生過多的熱量並引發熱失控。
- 化學不穩定性：某些電池化學成分本質上較不穩定，更容易發生熱失控。例如，鋰離子電池以其高能量密度而聞名。然而，如果電解質因過度充電或暴露在高溫下而變得不穩定，它們可能會發生熱失控。
第 3 部分. 如何防止電池熱失控？
電池排列
均勻的電池分佈：
確保電池單元在電池組內均勻分佈，以促進均勻散熱。
避免將電池單元聚集在一起，產生熱點並增加熱失控的風險。
熱隔離：
在電池單元之間使用絕緣材料，以防止熱傳遞並最大限度地減少熱失控的擴散。
絕緣有助於將熱量控制在單一電池內，並降低級聯熱事件的可能性。
通風和冷卻配件
壓力釋放機制：
在電池外殼中安裝壓力釋放閥或通風口，以在熱失控期間釋放多餘的氣體。
這些機制可防止內部壓力積聚，進而降低爆炸風險。
散熱組件：
將散熱器或擴散器整合到電池組中，以更有效地散熱。
散熱器吸收並將熱量從電池單元中轉移出去，防止過熱。
通風
有效的氣流設計：
設計具有足夠氣流通道的電池外殼，以促進自然對流冷卻。
確保空氣可以在電池單元周圍自由流動以散熱並保持最佳工作溫度。
強制風冷：
使用風扇或鼓風機在電池外殼內循環空氣並增強冷卻效果。
強制風冷系統可以幫助調節溫度並防止高需求應用中的熱失控。
電池管理系統 (BMS)
溫度監控：
利用 BMS 持續監控單一電池單元的溫度。
BMS 感測器偵測過熱並觸發保護措施以防止熱失控。
電壓調節：
在 BMS 中實施電壓調節功能，以防止電池單元過度充電和充電不足。
保持最佳電壓等級可降低因過度充電或放電而導致熱失控的風險。
熱管理策略：
採用 BMS 控制的冷卻系統主動管理電池組內的溫度。
BMS 可調節冷卻風扇速度或啟動液體冷卻系統以保持安全的工作溫度並防止熱失控。
第 4 部分. 電池熱失控的危險
熱事件
溫度升高
熱失控始於電池單元內溫度升高，通常是由於過度充電、物理損壞或暴露在高溫下造成的。
隨著溫度升高，它會加速電池內的化學反應，導致溫度進一步升高。
氣體釋放
高溫會導致電池中的電解質分解，釋放出氫氣、氧氣和二氧化碳等氣體。
這些氣體會增加電池的內部壓力，進一步加劇熱失控過程。
電池破裂
最終，電池內部的壓力積聚變得過高，導致電池破裂。
這種破裂會釋放出熱氣體和電解質，可能會點燃附近的材料並導致火災或爆炸。
安全隱患
消費性電子產品
智慧型手機和筆記型電腦等消費性電子產品中的熱失控電池可能造成火災隱患，危害使用者並造成財產損失。
熱斷路開關等安全功能可以降低風險，但使用者應保持警惕並遵循製造商的指導方針。
電動車 (EV)
電動汽車電池的熱失控可能導致火災或爆炸，危及乘員並造成車輛損壞。
先進的電池管理系統 (BMS) 和熱監控技術對於檢測和防止電動車中的熱失控至關重要。
儲能係統 (ESS)
在大型儲能係統中，熱失控可能導致重大財產損失、環境污染和經濟損失。
嚴格的安全法規和定期維護對於最大限度地降低 ESS 安裝中的熱失控風險至關重要。
監管標準
監管機構制定標準和法規，以確保電池供電設備和系統的安全。
遵守這些標準和嚴格的測試和認證流程有助於降低與熱失控相關的風險。
