目前為止，還沒有看到100%有效的系統(tǒng)性防護方案，而電動汽車總會發(fā)生起火（LEAF也燒過了），至今也還沒有看到本征安全的電芯（LFP電芯早燒了很多；固態(tài)電池也并非絕對安全，析鋰是必然…）。

所以，進行電池系統(tǒng)設計的人員，有一個前提是默認的，即電芯一定會起火爆炸，接下來要如何做。該種情況實際是熱失控已經(jīng)發(fā)生，如何避免熱失控蔓延，避免導致整包，甚至是整車層面的起火燃燒。

業(yè)內(nèi)的總體思路有兩個：

第一：泄爆。

電芯一旦發(fā)生熱失控，會快速產(chǎn)生大量高溫氣體，使PACK箱體內(nèi)壓急劇增加，如果氣體不能得到有效釋放，將造成兩個潛在危害：（1）高溫氣體（與熔融物）加熱周圍電芯，可能引發(fā)其他電芯發(fā)生熱失控；（2）IP67級的箱體，具有很強的密閉性，有可能會炸裂，或嚴重形變，讓外部空氣進入，產(chǎn)生明火。

所以，電池箱體要設計有效的防爆排泄路徑、排泄口，對外的引導方面，排放方向應避免進入乘客艙。

對于泄爆出口的位置，一般選在電池系統(tǒng)的前后端，這里看三個例子：第一、IPACE，有兩個較大的防爆閥安裝在后端；第二、上汽ER6，設計有4個防爆閥，分別位于前后端的角落處，ER6在防爆閥內(nèi)側(cè)增加了一層薄鋼片，以避免高溫煙氣直接沖擊防爆閥而引發(fā)爆燃，高溫氣體需要通過防護鋼片的阻擋，再從鋼片與電池托盤的間隙中到達排氣閥口。

這個小細節(jié)與IPACE的細節(jié)相反，IPACE在防爆閥的外面設計有金屬網(wǎng)籠，一方面避免急速排出的高溫氣體直接沖擊車身，另一方面對里面的防爆閥起結(jié)構(gòu)防護作用。

第三是特斯拉Model 3，它設計有兩個主防爆閥，位于電池包后端，防爆閥外有半開放式的防護結(jié)構(gòu)，同時對噴射出去的氣體起到導向作用，均斜向地面。

除了在前后端，也有設計在電池包兩側(cè)的，代表案例是Model S，它除了在前端有一個泄爆閥之外，兩側(cè)各有很多個小的防爆閥（最初的設計有84個，后面的設計數(shù)量有所減少）。

84個閥的配置明顯是有些冗余，從實際事故來看，確實可以將火焰引導到電池包兩側(cè)噴出，并且面向地面。這個設計的不足在于，增加了整個箱體的結(jié)構(gòu)復雜度，成本也高，當車內(nèi)仍有人時，兩側(cè)噴火的泄放會阻礙人的逃生。

第二：隔離。

隔離的目的是阻斷傳播，它包括電池包內(nèi)的隔離，電池包外的隔離。電池包內(nèi)的隔離包括利用縱橫梁對模組進行隔離，利用耐火隔熱材料進行隔離。根據(jù)蘭鈞孫總的分析：

（1）這些結(jié)構(gòu)要能夠耐高溫，導熱率越低越好；同時，在各自區(qū)域的電池箱下殼體底部和側(cè)面均設置有云母紙，要求耐溫500-800℃高溫，阻燃UL94V-0。

（2）采用耐火隔熱材料，在電池包與車輛之間建立隔熱屏障，延緩電池箱高溫擴散至乘客艙（延長逃生時間）（US,20130153317）。

典型的技術(shù)材料應用如：隔噪、減震、阻燃、隔熱材料6mm，二氧化硅+氧化鈣纖維+粘結(jié)劑；3mm，閉孔發(fā)泡聚氨酯片導熱系數(shù)＜0.25W/mK，900℃穩(wěn)定，1000℃穩(wěn)定10sec。

（3）包內(nèi)采用耐火隔熱材料將電芯/模組與上蓋隔離開來，以防止電芯燃燒起來后，噴射的高溫火焰將箱體燒穿，要求：

• 耐溫性能：持續(xù)耐溫1000℃@導熱系數(shù)0.23W/m.K，間歇耐溫1200℃

• 隔熱性能：600℃，20min@厚度3mm，冷面溫度＜200℃

• 金云母材料耐溫性能：持續(xù)耐溫600 ℃ @導熱系數(shù)0.18W/m

（4）電芯之間和模組本體進行隔離，包括防火棉、灌封膠等，在Model S和Model3上分別有應用。電芯之間的隔離是為了阻斷熱量的傳遞，減緩對周圍電芯的加熱；模組本體隔離（如灌封），則是從根本上破壞起火的三要素，使起難以構(gòu)成燃燒的條件。

以上這些是被動的防護措施，完全是靠材料或設計本身來硬抗熱失控的沖擊，按照國標的要求，至少要能堅持5分鐘以上。

除此之外，還有些主動的方案，如在大巴里應用比較多的滅火系統(tǒng)（現(xiàn)如今也在集成到了乘用車電池系統(tǒng)內(nèi)），如及時有效的熱管理，將熱量及時散出去，等。

被動防護的很大一部分工作是傳遞給零部件企業(yè)或材料企業(yè)，他們需要提供好的防爆產(chǎn)品和耐火隔熱材料，PACK層面重要的工作則是構(gòu)建一個有效的防護系統(tǒng)，將各種方案和技術(shù)配置一個最適合自己的設計。

Backup Data

以下熱失控及防護的基本理論知識來自于歐陽明高院士團隊，供大家參考，以便更好地理解熱失控蔓延的防護。

一、

熱失控造成危害要歷經(jīng)3個階段：（1）熱失控觸發(fā)；（2）熱失控發(fā)生；（3）熱失控擴散或熱失控蔓延。

我們所要畏懼的是第3個階段。通常來說，觸發(fā)電芯熱失控主要是以下4類因素：（1）電氣濫用；（2）機械濫用；（3）熱濫用；（4）電芯自身的質(zhì)量問題。

根據(jù)大量的實測案例，鋰電池熱失控有3個關鍵的溫度點：

• T1是電池異常發(fā)熱的起始溫度；

• T2是電池熱失控的觸發(fā)溫度；

• T3是電池熱失控后達到最高溫度

• max{dT/dt}反映熱失控過程中的最大放熱率，與電池的能量密度呈正相關。

三、下圖是電芯級別的熱失控過程和防護方案

四、下圖是PACK系統(tǒng)級別的熱失控狀態(tài)圖，以及相對應的熱失控防護策略。

圖A概括了熱失控發(fā)生后，兩條不同的熱失控演變路徑，根據(jù)不同狀態(tài)或現(xiàn)象發(fā)生的先后順序所繪制的，圖B是詳細的闡述。一條路徑是由起火的三要素控制（氧氣；可燃物；達到一定溫度）的熱失控蔓延路徑；另一條是由熱傳遞控制的熱失控，如圖A中灰色箭頭，這是我們期望的熱失控傳遞路徑，它是可控的，但在一定條件下（gas migration, integrity loss, and fire ignition）會轉(zhuǎn)換為上面路徑。

五、導致熱失控的4個濫用條件，以及相對應的防護思路