2019年1月8日-9日，2019第二届中国（成都）新能源汽车高峰论坛在成都星宸航都国际酒店盛大举行。UL能源与电力科技部首席工程师——乐艳飞，在1月8日下午举行的新能源汽车总工技术峰会上发表了名为《UL动力电池热安全研究》的主题演讲，电车资源整理乐艳飞演讲主要内容如下：
一、锂电池热安全研究
（一）锂电池的热失控
锂电池的热失控起源于电芯内部短路、过充电或外部热源等原因造成电芯内部热生成。热量若没有被及时抑制，就会造成电芯负极SEI膜分解、隔膜溶解，进一步加剧电芯内短路，产生更多的热量，并造成电解液的分解。随着温度的升高，内部化学物质更加不稳定，正极分解坍塌并与电解液反应，释放更多的热量，并伴随氧气的产生，最终造成电芯的热失控，出现起火或者爆炸等现象。
（二）锂电池产品事故和原因
目前，锂电池被广泛地应用在各类产品中。然而，在锂电池产品的使用过程中，无论是手机、笔记本、平衡车或是电动汽车、飞机，以及储能电站等，都陆续有产品起火的报道。乐艳飞表示，对这些事故发生的原因进行总结的话，主要原因有以下几点：电芯缺陷、控制系统缺陷、系统外壳结构设计问题，除此之外，还有外部环境对电池的影响，如外部挤压碰撞等外部应力、外部短路等问题。
从设计角度来看，我们应该更关注电芯、控制系统和整包结构设计，并提高锂电池产品的安全性。
1.电芯安全
电芯安全方面主要分为两点，电芯设计和电芯生产质量的管控。
1.1电芯设计
关于如何做一个更安全的电池芯，乐艳飞认为，比较关键的几点是化学材料和体系的选择，隔膜设计和隔膜厚度、内部保护机制的引入、电芯边界参数的正确定义、充分可靠的绝缘、电芯外壳的设计等。
1.2电芯生产质量
对多起电池起火事故进行失效分析后发现，很多电池芯在生产过程中由于质量管控不到位造成电芯质量有缺陷。电芯工厂应该建立严格的生产质量管控体系，包括活性物质质量控制、涂覆均匀性和可靠性控制、隔膜质量管控、制程工艺污染或毛刺管控、绝缘位置管控、焊接工艺管控以及全面的产品筛选机制等。
2.控制系统的安全设计
动力电池的安全主要依赖电池管理系统BMS的设计。BMS设计者首先要明确电芯的安全工作边界参数，根据不同的边界条件值来设置合适的保护参数和策略。不同的化学体系，如不同的三元材料或者磷酸铁锂电池，其边界条件都是不同的，需用相应的性能和安全测试来明确其边界条件。在保护机制上，需要充分考虑短路保护、充放电的电压、电流、温度范围等保护。BMS保护必须可靠，达到整车对电池的功能安全的要求等级。
此外，锂电池在使用过程中存在老化现象，随着电池的老化，电池的安全工作边界条件也会收缩变化，而BMS的保护是否随之调整，这些都是在设计时需要考虑的。
3.电池系统结构的安全设计
在电池系统结构的安全设计上，可以从电气连接可靠性、外壳机械强度、电芯远离热源、选用阻燃材料、增加泄气设计、合理配置热控制系统等方面来考虑。
其中，电气连接可靠性是非常关键的一点，市场上的整车起火案例或是其他动力电池产品的起火案例，很多和电气连接松脱有关。由于在使用过程中，电池产品会不断受到振动或者冲击，不可靠的电气连接部分会逐渐松脱，造成连接阻抗明显增大，电流流过时产生大量热量，热量传导给电池，最终造成电池或者整个产品的起火。
关于整包的热扩散抑制，乐艳飞表示，应该从电芯、模块到整包三个层面来考虑。在电芯层面，电芯足够安全才能防止电芯发生热失控。然而，整车电池包中所用电芯数量众多，还是有机率个别电芯会发生热失控，这时候就要抑制电芯到电芯之间的热扩散，以及模块到模块之间的热扩散，可以考虑合适的阻燃材料来减少或隔离电芯之间的热传导，通过合适的物理距离来降低模块之间的热传导和热辐射，并通过合适的系统冷却装置来及时将热量疏导到产品外部。最后，也要考虑到热失控扩散到整包层面的机率，在整包层面加入泄压阀或防爆阀设计，防止整包层面的起火或者爆炸。目前，部分厂商很关注电池包的防水问题，对电池包的密封性要求很高，但却在电池包的泄压阀和防爆方面考虑得较少。对于金属外壳的电池包，随着内部电池的热扩散失控蔓延，众多电芯释放的压力在电池内部不断累积，当内部压力过大时而没有泄压口，就会造成整个电池包的爆炸和轰燃，危险程度巨大。
二、电池失效分析策略
电池产品一旦失效后应怎么分析呢？乐艳飞说到，当车辆烧毁后，可调查的东西很少，应尽可能收集可能的产品的信息和失效因素，如产品的设计、制造工艺、使用环境等。
通过对收集的数据进行详细的分析，建立产品失效的基本假设。然后根据这个一假设条件，进行一些列的模拟测试，包括性能和安全滥用测试，以期来复制电池失效。如测试结果与假设不符，则调整假设；如与假设相符的话，则得到相应的结论。
最后，乐艳飞介绍到，UL致力于电气产品的标准制定和产品安全评估。在新能源领域，UL开发的标准涵盖动力电池、充电桩、充电器、车载充电器、梯次利用等标准。除此之外，UL还提供电池安全培训、性能及滥用测试、功能安全评估、电池安全认证以及电池产品安全失效分析等服务。
