如何提前探测电芯的热失控
在刚刚结束的第21次全球电动汽车安全法规GTR(Global Technical Regulation)会议上，有一个有趣的话题又进一步得到了探讨，那就是如何来提前探测到电芯的热失控。
这个话题现在还没有被纳入到法规的强制性要求中，主要的原因在于当前的技术还不足以支撑企业来实现它，但对于这个领域的探索近两年有加速的趋势，是未来研究的一个热点所在，尤其是电动汽车的热失控事件频频发生。
这里我们就GTR中已提到的技术方案来探讨下，这个提前探测的思路是什么。
本质上，我们可以把电芯的热失控看作是一种极端的异常现象，既然是异常，就意味着在很多方面参数一定是偏离了正常的值，所以，我们就可以从电芯热失控会造成哪些方面有异常来进行着手。如下面的简图所示：
总体可以分成两个部分，一是电芯自身会发生变化，一些常用的性能指标，如电压、电流和温度，均可以成为探测的对像，这些指标已经被BMS所监测了，接来的工作就是围绕这些已有的监测值，如何来探测出热失控。
基于此，演化出来的技术方案是所谓的“模型法”，即通过算法的识别，对各代表性的指标模型（如电气模型、热模型、系统耦合）进行分析，从到判断出是否热失控。
这种方法不需要增加额外的传感器，可定制性比较强，基本上根据各家电芯或策略的不同，可以开发出不同的模型。核心在于模型算法。它的不足在于会有误判，而且不同的电芯要求不同的模型，如果电芯一致不好的话，同一个车型往往都需要不同的模型。
另外一个利用自身参数变化进行探测的手段比较有意思，即超声波探测，电芯一旦发生异常，尤其是内外的结构，它自身的频率会发生变化，利用超声探测将电芯的声波特性与电芯的其他特性如温度、SOC等建立起来，从而判断出是否将要发生热失控。这个方法已经得到了不少的试验证明。
以上都是基于电芯本身的异常而进行的探索，电芯的异常还会引起它所在环境发生变化，也就是会造成电池包内部的一些特性，如气压、气体、温度、湿度等快速地变化。因此，也可以通过对这些参数来进行探测。
以气压和气体为例，根据Vitesco在会上的报告可以看出，在电芯热失控发生之前，电芯自身会首先进行Venting泄压，从而引起电池包内的气体增加，这个时间段气体增加是比较缓慢的；在发生热失控的瞬间，电池包内的气压会急速增大，然后快速下降（防爆阀打开），同时电压也降低为0，而电池包内的气体量也相对较大了。
也就是说，这里对特定气体的探测可以成为一种提前探测热失控的方法。但这种气体与气压的变化，对于软包电芯、方形和圆柱电芯是不同的。如下所示：软包电芯在热失控发生前已经有些泄放出来的气体可以监测，但方形电芯和圆柱电芯（有结构外壳、安全防爆阀），只有在电芯发生热失控之后才能有一个较大量的气体可以探测。对于软包电芯，通过stress sensor的话，可以更早地发现热失控。这或许是个值得在软包上深入的一个方向， 我们知道软包电芯由于无法判断它在热失控时是向哪个方向进行喷发，所以软包的热失控也一直很难防护。但从这个对比可以看出，软包却可以较容易提前探测。
这种对电芯外环境进行探测的技术需要引入新的传感器，同时还需要配有相应的算法来判定，在成本和开发上都需要做额外的投入。但确实是可以热失控发生前“提前”进行探测，当然也会存在误判的现象。
国内有些做热失控预防的是基于在热失控发生后，给整车发出指令，以保证5分钟的逃生时间，这个不能归为提前探测。
法规是最低的要求，它同时需要有成熟的技术来实现它的要求，如果行业内已经有足够多的、很成熟的提前预警技术，那么这个话题也很有可能被纳入强制法规中。
活动推荐：5月13－14号在常州的新能源大会
加入知识星球知化汽车的百宝箱 可以下载公众号参考资料。