動(dòng)力電池包的安全問(wèn)題，從根本上說(shuō)都是電池系統(tǒng)熱失控問(wèn)題。系統(tǒng)散熱能力與系統(tǒng)生熱能力不匹配，熱量在系統(tǒng)內(nèi)積累，電池溫度上升，最終導(dǎo)致燃爆等惡劣后果。
上圖是鋰電池?zé)崾Э厥疽鈭D。圖中體現(xiàn)的是性能正常的電芯，熱量積累引發(fā)熱失控的過(guò)程。撞擊，穿刺等機(jī)械損傷造成的熱失控，不在這張圖的描述范圍。
鋰電池負(fù)極SEI膜，是在系統(tǒng)溫度上升過(guò)程中，最先出現(xiàn)失效的結(jié)構(gòu)，反應(yīng)起始溫度在90到100°左右。考慮電池的內(nèi)外溫差以及保留部分冗余設(shè)計(jì)，這就是我們的電池包工作溫度上限一般設(shè)置在50到60°之間的原因。
正常使用中，防止熱失控，一方面避免過(guò)多熱量的產(chǎn)生和積累；另一方面，提高熱管理水平，讓電池在它最適合的溫度環(huán)境下工作。
原因如前面所述，在過(guò)高溫度下使用，從鋰電池負(fù)極SEI膜溶解開始，失去保護(hù)的負(fù)極與電解液反應(yīng)放熱，電解液分解放熱，正極分解放熱，這些熱量積累起來(lái)，反應(yīng)逐漸加劇，反應(yīng)從一只單體蔓延到附近電芯，一個(gè)模組的反應(yīng)，給整個(gè)電池箱內(nèi)的電芯加熱，這就是所謂熱失控的過(guò)程。
電池包都會(huì)標(biāo)注一個(gè)使用溫度范圍，低于下限溫度，如果在過(guò)低溫度下使用，電池也是無(wú)法正常工作的。低溫放電，理論上沒(méi)有跟熱失控有明確關(guān)聯(lián)，但低溫造成電解質(zhì)活性降低，導(dǎo)電能力變差，進(jìn)而導(dǎo)致放電能力變差，就是我們所謂的放不出電來(lái)，車子沒(méi)勁兒。如果是低溫強(qiáng)行充電，則會(huì)造成負(fù)極析鋰問(wèn)題，容量會(huì)受到永久損傷不說(shuō)，析出的鋰積累在那里，是熱失控的重要原因。
超過(guò)電芯允許能力的大倍率放電，系統(tǒng)熱量不能及時(shí)散去，熱量積累，逐漸加大了熱失控的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，過(guò)大倍率的放電，使得正極材料的鋰離子嵌入過(guò)程超速進(jìn)行，造成正極晶格坍塌，容量永久性損失。大倍率充電，使得鋰離子通過(guò)SIE膜的速度低于鋰離子向負(fù)極積聚的速度，出現(xiàn)鋰單質(zhì)在負(fù)極表面堆積現(xiàn)象，如果過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，鋰枝晶不斷生長(zhǎng)，最終會(huì)刺破隔膜，造成內(nèi)短路，引發(fā)熱失控。
過(guò)充，充電截止電壓超過(guò)了電芯的最高電壓，造成正極活性材料晶格塌陷，鋰離子脫嵌通道受阻，使內(nèi)阻急劇升高，產(chǎn)生大量熱；負(fù)極堆積了過(guò)量的鋰單質(zhì)，附著在負(fù)極表面，所謂析鋰現(xiàn)象。正負(fù)極的反應(yīng)過(guò)程都容易最終走向熱失控。
過(guò)放，本來(lái)應(yīng)該是鋰離子從負(fù)極脫出，嵌入正極晶格，但負(fù)極沒(méi)有那么多的正離子可以提供，使得負(fù)極的集流體銅排失去銅離子，銅離子游離在電解質(zhì)中，附著在正極或者負(fù)極，都會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的失效。
對(duì)于熱失控風(fēng)險(xiǎn)的防范，BMS主要是起到監(jiān)督作用，防止電池濫用發(fā)生。溫度，BMS有明確的工作溫度閾值設(shè)置，針對(duì)充電，放電均有最高最低的溫度限制，超過(guò)設(shè)置限制，系統(tǒng)不得開啟或者必須降功率運(yùn)行；電壓，針對(duì)過(guò)充過(guò)放風(fēng)險(xiǎn)，BMS設(shè)置有最高最低的充電和放電電壓閾值，確保在觸及電壓閾值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)行。
熱管理，根據(jù)電池包的理想工作溫度，命令冷卻加熱系統(tǒng)工作，防止過(guò)冷過(guò)熱情況的出現(xiàn)。溫度對(duì)電池性能影響較大，目前一般只能測(cè)得電池表面溫度，而電池內(nèi)部溫度需要使用熱模型進(jìn)行估計(jì)。常用的電池?zé)崮Ｐ桶憔S模型（集總參數(shù)模型）、一維乃至三維模型。
零維模型可以大致計(jì)算電池充放電過(guò)程中的溫度變化，估計(jì)精度有限，但模型計(jì)算量小，因此可用于實(shí)時(shí)的溫度估計(jì)。一維、二維及三維模型需要使用數(shù)值方法對(duì)傳熱微分方程進(jìn)行求解，對(duì)電池進(jìn)行網(wǎng)格劃分，計(jì)算電池的溫度場(chǎng)分布，同時(shí)還需考慮電池結(jié)構(gòu)對(duì)傳熱的影響（結(jié)構(gòu)包括內(nèi)核、外殼、電解液層等）。一維模型中只考慮電池在一個(gè)方向的溫度分布，在其他方向視為均勻。二維模型考慮電池在兩個(gè)方向的溫度分布，對(duì)圓柱形電池來(lái)說(shuō)，軸向及徑向的溫度分布即可反映電池內(nèi)部的溫度場(chǎng)。二維模型一般用于薄片電池的溫度分析。三維模型可以完全反映方形電池內(nèi)部的溫度場(chǎng)，仿真精度較高，因而研究較多。
但三維模型的計(jì)算量大，無(wú)法應(yīng)用于實(shí)時(shí)溫度估計(jì)，只能用于在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行溫度場(chǎng)仿真。為了讓三維模型的計(jì)算結(jié)果實(shí)時(shí)應(yīng)用，研究人員利用三維模型的溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，將電池產(chǎn)熱功率和內(nèi)外溫差的關(guān)系用傳遞函數(shù)表達(dá)，通過(guò)產(chǎn)熱功率和電池表面溫度估計(jì)電池內(nèi)部的溫度，具有在BMS中應(yīng)用的潛力。下圖所示為電池內(nèi)部溫度的估計(jì)流程。
一般地，鋰離子電池適宜的工作溫度為15~35℃，而電動(dòng)汽車的實(shí)際工作溫度為-30～50℃，因此必須對(duì)電池進(jìn)行熱管理，低溫時(shí)需要加熱，高溫時(shí)需要冷卻。熱管理包括設(shè)計(jì)與控制兩方面。溫度控制是通過(guò)測(cè)溫元件測(cè)得電池組不同位置的溫度，綜合溫度分布情況，熱管理系統(tǒng)控制電路進(jìn)行散熱，熱管理的執(zhí)行部件一般有風(fēng)扇、水/油泵、制冷機(jī)等。
比如，可以根據(jù)溫度范圍進(jìn)行分檔控制。Volt插電式混合動(dòng)力電池?zé)峁芾矸譃?種模式：主動(dòng)（制冷散熱）、被動(dòng)（風(fēng)扇散熱）和不冷卻模式，當(dāng)動(dòng)力電池溫度超過(guò)某預(yù)先設(shè)定的被動(dòng)冷卻目標(biāo)溫度后，被動(dòng)散熱模式啟動(dòng)；而當(dāng)溫度繼續(xù)升高至主動(dòng)冷卻目標(biāo)溫度以上時(shí)，主動(dòng)散熱模式啟動(dòng)。
在最新的《電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力蓄電池安全要求》征詢意見稿中， 對(duì)車用鋰離子動(dòng)力蓄電池的熱失控和熱擴(kuò)撒問(wèn)題有詳細(xì)描述，并提出了相應(yīng)的報(bào)警保護(hù)措施和測(cè)試方法。
在附錄C的規(guī)范性附錄中提出了熱擴(kuò)散乘員保護(hù)分析與驗(yàn)證報(bào)告。
在附錄D的資料性附錄中提出了熱擴(kuò)散試驗(yàn)的方法。
并提出了判定發(fā)生熱失控的條件
該國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成了征詢意見階段， 馬上會(huì)形成正式標(biāo)準(zhǔn)文本發(fā)布以及實(shí)施，大家可以找到標(biāo)準(zhǔn)文本參考閱讀。
關(guān)于BMS的基礎(chǔ)知識(shí)，請(qǐng)參考前文：
動(dòng)力電池管理系統(tǒng)(BMS)基礎(chǔ)(一）；
動(dòng)力電池管理系統(tǒng)(BMS)基礎(chǔ)(二）；
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