文章來源：安徽江淮汽車集團股份有限公司

動力蓄電池是新能源汽車的儲能裝置，目前所使用的電池絕大部分為鋰離子電池。鋰離子電池相對于其他類型電池，具有能量高、體積小、質(zhì)量輕等優(yōu)點，成為純電動汽車較為理想的能量來源。隨著長續(xù)航里程需求的不斷增加，動力蓄電池能量密度越來越高，其產(chǎn)業(yè)化的最大技術難點就是電池包熱失控安全性，電池內(nèi)部電芯因制造缺陷和濫用不可避免地會發(fā)生熱失控。

到目前為止，發(fā)生了多起由于熱失控引發(fā)的安全事故。作為技術標準應對，2020年5月12日，國家市場監(jiān)督管理總局、國家標準化管理委員會批準發(fā)布GB38031-2020《電動汽車用鋰離子動力蓄電池安全要求》，鋰離子電池包或系統(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，應提供一個預先警告信號，提醒乘員疏散。因此電池熱失控檢測方案成為危險預警的關鍵。

檢測方案綜述

通常火災發(fā)生的過程分為：初起階段、全面發(fā)展階段和熄滅階段。電動汽車鋰離子電池熱失控過程可分為鋰電池過熱釋放可燃氣體、釋放煙霧、出現(xiàn)明火、發(fā)生爆炸和熱失控擴展等5個階段。釋放可燃氣體、釋放煙霧可視為火災發(fā)生的初起階段，在此階段若及時發(fā)出報警信號可有效較低電池熱失控安全事故。

新能源汽車鋰電池熱失控火災發(fā)生的初起階段，鋰電池處于早期過熱或電解液泄漏階段將逐步釋放出微量的可燃氣體，如一氧化碳（CO）、磷酸二甲酯與氫氣等。電芯爆噴后會釋放大量的煙霧，同時伴隨著電池包內(nèi)氣體壓力的變化。鑒于鋰電池箱封閉的使用環(huán)境，對鋰電池箱內(nèi)的氣體成分、煙霧濃度、氣體壓力進行實時探測和監(jiān)控，是對鋰電池熱失控發(fā)生進行極早期預警的最直接手段。

針對新能源汽車鋰電池熱失控火災發(fā)生的初起階段，本文將討論某供應商的CO煙霧傳感器與壓力傳感器并對其進行相關研究。

傳感器試驗驗證

1.傳感器初步可行性試驗驗證基于公司某電動車項目，驗證CO、煙霧和壓力三款傳感器對電池包內(nèi)電芯爆噴的反應能力。傳感器布置在電池包內(nèi)，位置如圖1所示。

試驗中將電池包上殼體安裝到位，保證整包密封性能，通過加熱法將電池包內(nèi)某顆電芯引爆。不同傳感器輸出數(shù)據(jù)如圖2所示。

壓力傳感器在電芯爆噴后立即有壓力變化響應，35s后達到最大值，最大變化幅值為2.5kPa，壓力變化率較??；CO傳感器在電芯爆噴后23s后達到最大量程1000ppm；煙霧傳感器在電芯爆噴后30s后達到最大量程2000μg/m3。
由于壓力傳感器變化幅值較小，且變化斜率不明顯，考慮到大氣壓力與溫度等因素的變化均會對電池包內(nèi)氣體壓力產(chǎn)生影響，故使用壓力傳感器存在故障誤報風險。由此，我公司此項目不宜使用壓力傳感器進行熱失控的檢測。CO、煙霧傳感器均在30s內(nèi)達到最大量程輸出值，滿足相應國標5min要求。2.傳感器抗干擾驗證CO傳感器不只是對CO氣體響應，對其他個別干擾氣體也有響應，傳感器對不同干擾氣體響應特性如表1所示。煙霧傳感器采用光電原理，理論上只對煙霧顆粒響應。

為驗證電池包內(nèi)混合氣體對傳感器的影響，將CO及煙霧傳感器布置在電池包內(nèi)進行高溫存儲，并記錄傳感器輸出值。電池包高溫存儲24h后，CO傳感器輸出數(shù)值持續(xù)上升，并達到滿量程，初步判定電池包內(nèi)存在其他氣體干擾；煙霧傳感器輸出數(shù)值基本無變化，電池包內(nèi)氣體對其無干擾。過程如圖3所示。

為進一步明確電池包內(nèi)何種材料釋放出CO傳感器干擾氣體，使用CO檢測手持設備對5200膠、塑料件、泡沫塊、導熱硅膠墊、絕緣紙及環(huán)氧板等不同材料進行了檢測（圖4），每種材料在密封袋中放置8h，檢測結果只有膠測出了1000ppm的CO響應值。

測試結果表明電池包內(nèi)使用的結構膠會釋放某種干擾氣體，使CO傳感器產(chǎn)生響應。進一步對結構膠釋放氣體進行成份分析發(fā)現(xiàn)，結構膠會釋放乙烯，而乙烯會對CO傳感器產(chǎn)生強干擾，故CO傳感器輸出值會持續(xù)上升。由于結構膠為電池包內(nèi)必需品，電池包內(nèi)必定會存在乙烯類氣體，故CO傳感器不適用于我公司此項目電池包。結構膠釋放的具體氣體成份如表2所示。

3.傳感器可靠性驗證
證明CO傳感器及壓力傳感器在電池包熱失控檢測中不適用，本章節(jié)主要針對煙霧傳感器進行可靠性驗證。使用同一個煙霧傳感器重復進行6次連續(xù)模組級熱失控試驗，每次試驗后打開箱體上蓋釋放煙霧，6次試驗煙霧傳感器均能快速有效檢測到熱失控狀態(tài)，且煙霧釋放后均能恢復到初始值。模組熱失控實驗見圖5，6次模組熱失控試驗延誤傳感器響應曲線如圖6所示。

總結
本文介紹了三種新能源汽車動力蓄電池熱失控檢測方案及其驗證過程。通過分析驗證，最終確認壓力傳感器存在誤報風險，CO傳感器存在氣體干擾，均不適合我司電池包進行熱失控檢測；煙霧傳感器在響應時間、抗干擾、可靠性等方面均滿足熱失控檢測相關標準要求，可用于動力蓄電池熱失控檢測。