蔚来电池系统安全设计的考量
内容来源：整理自蔚来汽车Assitant VP-Battery System 曾士哲在ECV的讲演《EnhanceBattery Performance and Safety through Combine BMS and Big Data System》-Part 1
1、
总的安全目标是：电芯层面0热失控，系统层面不发生热失控蔓延，整车层面不会造成二次危害。
通常的监测会包括电压的变化、内阻的变化、容量的变化、温度的变化，这些常规的功能，蔚来又有什么与众不同呢？
在新一代的电池包中，对电压的精度、温度的精度都做了提升，在内阻的估算上面，不是单纯的只估算直流内阻，还对电化学阻抗进行了估算，因为电化学阻抗的变化更能让我们了解到电芯的异常与非异常状态。
模组层面需要关注的点也不容忽视，比如Busbar的连接，模组电压本身的跳动，它的回流，以及模组与模组之间压差或是短路行为，很多东西都是可以分析的。
这些之前没有得到重视，我们现在的算法和测定对模组之间的问题做了很多检查点的监控，也做了很多数据上的监控。
对于系统层面的设计，同样也需要跳出系统本身来考虑，比如说要知道外界温度、外界湿度等环境对车的影响，车从很热的环境突然进入到很冷的环境，在这种冷热冲击下，在进行快充，到底会不会对电芯产生影响，这个（温度）收缩的行为到底对电芯意味着什么。类似这样的测试，不仅需要看结果，更要分析这其中的电性变化，机械特性的变化等。
系统也会有很多防护设计，比如最近很多电芯企业在推的特殊电芯隔膜，可以抑制电芯针刺热失控的，或是一些高温收缩率很低的隔膜，我们都有进行评估，希望能找到更有特色的产品，与合作伙伴开发出更好的东西。
我们最近的测试研究也发现，排气阀与电芯壳体的焊接强度，这二者之间的匹配是非常重要的，在寿命的末期，能够正常开阀泄气是重要关注点。
在模组层面，要做比较好的热绝缘、电绝缘；把电芯膨胀力也控制到位，一定要弄清楚这个力的来源，是电极还是产气。
在系统层面，喷阀的设计也很重要，喷阀分为两种，一种是电池包的气压均衡；另一种是防爆泄放，这里要构建一个排气通道，让有害、高温气体能快速排出。
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这里是关于热失控蔓延的一些个人心得分享，很细节的内容不会深入探讨。
第一个，我们在拿到电芯后，会首先分析它们在各种不同失效的时候，产生的行为，分析它的薄弱点在哪里。是正极不稳定，还是负极不稳定，还是隔膜方面的问题。这些对应的是上图左下角的部分，然后就是分析它的热失控行为，例如它的分解行为是否是很快的，产生的哪类气体比较多；它是喷了一点之后就在电芯里闷烧，还是很猛烈地快速喷出来，意味着系统要快速地把这些排出去。这些研究对于系统和模组的设计是很重要的。
第二个，上面的图，电芯向上喷出的气体，影响周围的行为是什么，左右边传热影响的行为是什么，底部传热的影响行为是什么。发生热失控时，有没有办法来很快地阻断这3个方向的热传递。我们发现，只要不超过某一个温度值，能够在这个温度值之前，把这个气体排出去的话，或是传热被阻断的话，热失控蔓延是不容易发生的，这是模组层面可以去思考的一个点。另一个模组层面可以思考的点是，如果电芯发生热失控爆炸，那么这种电芯的膨胀，爆炸力冲击会对周围各方向的产生挤压，在这个挤压的条件下，是否仍有足够的绝缘，能不能把排泄通道留好等。
第三个，也就是ARC实验，主要的是T0、T1、T2，我们做了很多的试验，它们还是一个蛮有重复性的结果。对于不同的电芯、不同的行为，会有不同的结果，不同的理论。我们也在这些不同的理论下，去总结电芯合理的使用范围。
简单地说，在电芯级的研究要尽可能完善，掌握它的燃烧行为，才能在模组和整包上进行更好的研究。我们新的(CTP)包的设计，对我们产生了很大的帮助，不仅是能量密度上，而且在具体的（防护）设计上，可以做更多的可能性（方案），去构建排气通道，去做好防护。VDA（方形）电芯，是有侧板的，侧板是一个很好的传热路径，这样就能够很快地将热传递给周边的电芯，此外，侧板本身带正电压的特性，对电/热隔绝带来不利的影响。当然，这个结构在机械稳定性上是非常好的。
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总地来看，在电芯隔离上，包括电芯的隔热层的厚度设计，在发生热失控的时候冷却是否能及时开启，绝热材料如何设计等等都是很重要的。
模组层面，要有一个防火墙的设计，另外一个很重要的是一定要避免由于结构的变形，而导致外短路的发生。
在系统层面，要有很好的排气通道；二次绝缘如果出现失效的话，有没有相应的防护机制。另外就是整个包的设计不能因为不均衡设计，而让存在局部弱点，这个弱点往往是容易产生问题的。最后，要有快速的排气灭火设计，同时包的设计上也要给消防留出相应的灭火通道。
我们下一代的（100kWh）包，会有很多不一样的、新的设计。
在上面的分享中可以看出，我们做了很多的试验，包括很多有别于国标的试验，真正应用于实际工况的，有助于我们在热安全等安全防护方面的设计。。
将在明天分享Part 2：Combination:BMS&BIG DATA。
注：文章内容为个人整理，未经主讲人审核，仅供学习参考。