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为了实现这个一致性,我们就必须对各个单体进行容量估计,也就要有一种方法来进行容量估计,这就是我们根据充电曲线的相似性来进行全体电池组的状态的估计,也既是说我们只要知道了其中一只单体的电池的曲线,其他的曲线应该跟它是相似的,经过曲线变化,他们可以近似重合,曲线变化的过程中间的这些差异就很容易算了,也就是说根据一个单体可以推算出其他的单体。有了这样的方法我们就可以进行刚才的一致性的均衡,当然这种算法的时间过长,所以要进行简化。
第三种就是内短路触发的热失控,比方说波音的787事件,最后找到的原因,电极和隔膜上有金属物,有了内短路,但是我们无法100%确认这个热失控是内短路触发的,但是它是最可能的原因,因为找不到其他原因,而且内短路没办法浮现。内短路是什么原因,有三种,一种是电池制造杂质,金属颗粒,另外是充放电膨胀的收缩,还有析锂。内短路是缓慢发生的,时间非常长,而且你不知道它什么时候会出现热失控。而且这个试验也是无法重复的,现在我们还没有找到能够重复由杂质引起的内短路的过程,目前全世界都在研究这个问题。要解决这个问题,第一个方面是电池的选择和电池单体容量的选择,当然你要找到好的电池厂商,它的品质要好;第二个是内短路的安全预测,我们在没有发生热失控之前,要找到有内短路的单体。我们必须要找到它的特征参数,怎么办呢,我们先从一致性着手,刚才已经提到过一致性,从一致性着手电池是不一致的,内阻也是不一致的,我们只要找到中间有变异的单体,我们就可以把它辨别出来。怎么辨别,有一个办法,这就是正常的一个电池的等效电路和发生了微短路的等效电路,我们把它的方程写出来的话,方程的形式实际上是一样的,正常单体、微短路的单体,只不过这里头的参数发生了变化,所以我们可以对这些参数来进行研究,它在内短路变化中的一些特征。比方说内短路单体的电势差,它的内阻跟其他单体的差异,这些都会有特征。
我们根据这些特征,把这些特征辨识出来,我们要利用模型来进行单体的辨识,因为我们可以到每个单体的电压,每个单体的电流,这些我们都是可以测的,利用这些数据再结合模型,我们就可以把每个单体的内阻估出来,把它的这些参数全部估出来。根据这些参数的变化,我们来判断它的一致性是否发生了显著性变化。第三种触发是机械触发,比方说碰撞,特斯拉就是这样的,特斯拉在美国撞过好多辆车,我们清华大学跟MIT共同合作对特斯拉在美国的碰撞事故进行过分析,这是我们分析的一些结果。如果我们在实验室进行碰撞的一个仿真,最接近的就是针刺,用针里来刺这个电池,这是一个三元电池的针刺的试验结果,红的那边是温度场,中间的温度高,右边是热失控的过程。我们如果做其他的,比如说磷酸铁锂电池,显然在这个过程中它就没有三元电池那么厉害,大家可以看电池极的温度,基本上最高温度在120℃,可以看出不同的材料在针刺的时候反应不一样的,磷酸铁锂相对安全。所以我们到现在为止,仍然坚持在大客车中间主要使用磷酸铁锂电池,暂时还不宜大规模使用三元电池,尤其对12米大客车。再比如碳酸锂电池,它也问题不大,不同的电池类型表现情况是不一样的。
为了研究针刺,我们做一些三维的仿真模型,这是三维仿真的针刺之后的温度场的变化和电压变化。我们也可以做碰撞,怎么撞的,撞了之后怎么变形的,这些我们也做过很多研究。在此基础上来进行安全性的设计,比方这个碰撞要解决的办法就是电池的安全保护设计,这个是很有讲究的。热失控发生之后,它会往下传播,因为第一节热失控之后它会有传热,然后开始传播,比如说有一个,然后整组像放鞭炮似的一个一个接下来。传播我们可以建立一个模型,中间温度升高率,化学能电能的产热,还有传热对流等。整个热电耦合的模型,我们可以用前面说的量热仪来做一个相关的定量的分析。有了传播模型我们就可以设计如何来阻断和抑制,这就是要加隔热层。但是加隔热层也不是个简单的问题,加厚了体积大,而且隔热层跟冷却又是矛盾的,所以这些都是需要解决的问题。总之我们在热失控扩展和抑制方面,我们也是从安全保护设计和电池管理两个方面来着手。
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