據(jù)報道，2021年5月10日19時34分，成都市成華區(qū)城南立交附近一小區(qū)的電梯轎廂中，發(fā)生了電瓶車起火事故，導致電梯內(nèi)多人受傷，其中包括一名嬰兒。據(jù)受傷嬰兒的父親介紹，孩子仍需在重癥監(jiān)護室中觀察至少24小時后方能確認是否脫離生命危險。而當時抱著孩子的婆婆，燒傷情況也較嚴重。
仰儀科技安全提示：請勿將電瓶車或電池帶入電梯及家中等狹小密閉的空間。
轎廂關閉后電瓶車突然起火
禁止把電瓶車停放在走廊、樓道、安全通道等緊急出口處充電。
電瓶車停放在室外規(guī)定地點；控制充電時長在8-10小時內(nèi)；不要私拉電線充電
私自改裝電瓶車
使用中經(jīng)常過充和過放；電瓶車充電器與電池不匹配
市面上的電瓶車品牌種類繁多，但其能量來源基本以鋰電池或鉛酸電池為主。作為重點關注鋰電池熱安全測試解決方案的行業(yè)專家，我們將從更加專業(yè)、科學的角度，帶您了解電池熱失控背后的機理。
鋰電池熱失控測試與關鍵儀器
熱失控指電池單體放熱連鎖反應引起電池溫度不可控上升的現(xiàn)象。造成動力電池熱失控的誘因主要有機械濫用、電濫用和熱濫用，熱失控可能由這三個因素單獨或者耦合誘發(fā)。
圖1 鋰電池熱失控過程圖[1]
結合電池材料熱穩(wěn)定性與分解特征，鋰電池熱失控過程大致分為三個階段：
（1）自反應放熱階段：由于內(nèi)部短路，外部加熱或者電池自身在大電流充放電時自身發(fā)熱，使得電池內(nèi)部溫度上升至90~100℃左右，SEI膜開始收縮分解，正負極材料與電解質(zhì)發(fā)生接觸，負極開始與電解液反應，放出熱量進一步提高溫度；
（2）電池放氣鼓包階段：鋰電池溫度持續(xù)上升至200℃以上，正極發(fā)生分解反應，釋放熱量并產(chǎn)生氣體，使得電解質(zhì)發(fā)生分解，進一步升溫；
（3）電池熱失控爆炸階段：極高的溫度，導致鋰電池發(fā)生大規(guī)模內(nèi)短路，電解液燃燒放出大量熱量與氣體，進而導致電池燃燒爆炸。
電池熱失控是電池安全的重要組成部分，關于鋰電池熱失控方面的研究也是鋰電池行業(yè)研究的熱點。包含鋰電池熱失控要求和測試方法的標準有GB/T 36276-2018、UL 9540A:2018和UL 1973:2018等。GB/T 36276-2018側重于檢測儲能用鋰離子電池在發(fā)生熱失控時是否發(fā)生起火、爆炸。如若發(fā)生起火、爆炸，試驗終止且判定型式試驗不合格，直接影響產(chǎn)品的出廠使用；UL 9540A:2018側重于檢測儲能系統(tǒng)用電芯發(fā)生熱失控時，對其起火特性進行評估，獲得相關數(shù)據(jù)，以用于確定儲能系統(tǒng)防火防爆措施；UL 1973:2018側重于檢測電池系統(tǒng)中電芯發(fā)生熱失控時，對周圍電芯及電池系統(tǒng)的影響，獲得相關數(shù)據(jù)，以便通過電芯設計減少單個電芯失效時對整個電池系統(tǒng)的影響。
GB/T 36276-2018和 UL 9540A:2018觸發(fā)電芯熱失控的方法均為加熱法[2]。UL 1973:2018除采用外部加熱法外，提供了多種觸發(fā)熱失控方法，包括內(nèi)部缺陷類：導電污染物、隔膜破壞、內(nèi)部加熱器；外部應力類：外部加熱器、擠壓機制、針刺、短路、過充。
為了能夠更準確地對鋰電池的熱安全性能進行評估，研究者希望能夠在絕熱實驗環(huán)境下對鋰電池進行熱失控測試，測試的關鍵儀器為電池絕熱量熱儀。電池絕熱量熱儀通過追蹤電池溫度變化，并動態(tài)調(diào)節(jié)環(huán)境溫度，可消除電池與環(huán)境之間的溫差，從技術層面實現(xiàn)系統(tǒng)的熱動態(tài)封閉。在這種絕熱測試環(huán)境下，電池的溫度變化必然是自身吸放熱導致的。因此通過絕熱量熱儀可以準確測定電池熱失控過程中的關鍵參數(shù)。
圖2 GB/T36276-2018 熱失控試驗加熱裝置示意圖[2]
以18650電池為例，可利用小型電池絕熱量熱儀進行測試。利用儀器的H-W-S工作模式進行熱失控實驗，可以得到如圖3所示的電池熱失控溫升曲線。曲線前半部分為“H-W-S” 模式，儀器將通過外部加熱實現(xiàn)電池臺階式升溫，并重復進行加熱-等待-搜尋過程，直至檢測到鋰電池開始自放熱。隨后儀器將自動跳轉為“絕熱追蹤”模式，電加熱系統(tǒng)將控制電池周圍的環(huán)境溫度緊跟電池溫度變化，確保電池產(chǎn)熱完全用于升高自身溫度。通過鋰電池熱失控曲線，我們可以對其中一些特殊的溫度點進行測定和分析，評估電池的熱安全性能。例如，Tonset是鋰電池自放熱起始溫度，電池自產(chǎn)熱速率高于0.02 ℃/min，可以認為該溫度下SEI膜開始分解。高于此溫度，電池將出現(xiàn)明顯的自產(chǎn)熱；而TTR是熱失控引發(fā)溫度，一般定義為電池的自產(chǎn)熱速率高于1℃/s 的溫度。在此溫度后，電池將出現(xiàn)劇烈溫升，溫升速率可能高達105 ℃/min，同時一般會伴隨產(chǎn)生大量的光和熱；Tmax是鋰電池熱失控過程能達到的最高溫度。
圖3 18650電池熱失控測試溫升曲線
小型電池絕熱量熱儀僅能滿足18650等小型鋰電池的熱失控實驗需求，而體積和容量較大的鋰電池或模組需要使用腔體尺寸更大、功能更豐富、防護等級更高的大型電池絕熱量熱儀進行測試。大型電池絕熱量熱儀不僅能夠通過程序升溫等熱濫用方式誘發(fā)電池熱失控，還可以進行過充、過放、外部短接等電濫用以及針刺、擠壓等機械濫用實驗，并測定熱失控相關數(shù)據(jù)。另外，大型電池量熱儀還可以通過內(nèi)置攝像頭直觀地觀察實驗現(xiàn)象。從下面的視頻中可以看出，熱失控發(fā)生后，伴隨著溫度急劇變化，電池將經(jīng)歷發(fā)生氣體噴出、火焰噴射、燃燒和熄滅結束四個階段。研究表明，電池熱失控過程產(chǎn)生的烷烴類氣體和電解液蒸氣與氧氣混合后極易被引燃，隨即可發(fā)生爆炸式燃燒[3]。
