磷酸鐵鋰電池是一種使用磷酸鐵鋰(LiFePO4)作為正極材料,碳作為負極材料的鋰離子電池,單體額定電壓為3.2V,充電截止電壓為3.6V~3.65V。充電過程中,磷酸鐵鋰中的部分鋰離子脫出,經(jīng)電解質(zhì)傳遞到負極,嵌入負極碳材料;同時從正極釋放出電子,自外電路到達負極,維持化學(xué)反應(yīng)的平衡。放電過程中,鋰離子自負極脫出,經(jīng)電解質(zhì)到達正極,同時負極釋放電子,自外電路到達正極,為外界提供能量。
1、過充電觸發(fā)熱失控
過充電觸發(fā)的熱失控是指磷酸鐵鋰電池管理系統(tǒng)本身對過充電的電路安全功能缺失,導(dǎo)致電池的BMS已經(jīng)失控卻還在充電導(dǎo)致的。針對這類過充電的原因,解決辦法首先是查找充電機的故障,這可以通過充電機的完全冗余來解決;其次是看電池管理合不合理,比如說沒有監(jiān)控每一節(jié)電池的電壓。
2、過熱觸發(fā)熱失控
導(dǎo)致動力磷酸鐵鋰電池過熱的原因來自于電池的選型和熱設(shè)計的不合理,或者外短路導(dǎo)致電池的溫度升高、電纜的接頭松動等,應(yīng)該從電池設(shè)計和電池管理兩個方面來解決。從電池材料設(shè)計角度,可以開發(fā)來防止熱失控的材料,阻斷熱失控的反應(yīng);從電池管理角度,可以預(yù)測不同的溫度范圍,來定義不同的安全等級,從而進行分級報警。
3、機械觸發(fā)熱失控
碰撞是典型的機械觸發(fā)熱失控的一種方式。如果在實驗室進行碰撞的一個仿真,最接近的是針刺。通過對三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池進行針刺試驗,研究熱失控過程,發(fā)現(xiàn)磷酸鐵鋰電池在這個熱失控過程中沒有三元鋰電池放熱表現(xiàn)的那么劇烈。實驗表明,不同的材料在針刺的時候會有不同的反應(yīng),磷酸鐵鋰相對安全。解決碰撞觸發(fā)熱失控的辦法就是做好電池的安全保護設(shè)計。
4、內(nèi)短路觸發(fā)熱失控
電池制造雜質(zhì)、金屬顆粒、充放電膨脹的收縮、析鋰等都有可能造成內(nèi)短路。這種內(nèi)短路是緩慢發(fā)生的,時間非常長,而且不知道它什么時候會出現(xiàn)熱失控。若進行試驗,無法重復(fù)驗證。目前全世界專家還沒有找到能夠重復(fù)由雜質(zhì)引起的內(nèi)短路的過程,都在研究當中。