车辆热失控与电池包热蔓延抑制系统

1. 基本概念：动力电池的热失控
   锂离子动力电池在过充、过放、内部短路、机械损伤或高温等滥用条件下，内部会触发一系列连锁放热反应（如SEI膜分解、负极与电解液反应、正极分解、电解液燃烧等），导致电池温度在极短时间内急剧升高（可达800°C以上），并可能伴随冒烟、起火、喷射火焰甚至爆炸的现象。这个不可控的自发升温过程，就称为“热失控”。

2. 核心挑战：电池包内的热蔓延
   对于由成百上千个电芯组成的电池包，单个电芯的热失控并非最危险的终点。真正的危险在于，这个电芯释放的巨大热量（如同一个点火源）会迅速加热并引燃相邻的电芯，导致热失控在电池包内像多米诺骨牌一样连锁扩散，这个过程称为“热蔓延”或“热扩散”。一旦热蔓延发生，火势将难以控制，严重威胁乘员舱安全。

3. 系统设计目标：阻断热蔓延路径
   “热蔓延抑制系统”的设计核心目标，是在第一个电芯发生热失控后，尽一切可能阻止热量和火焰向其他电芯及乘员舱传播。系统并非完全阻止单电芯热失控（这在极端情况下难以避免），而是通过多重设计，将热事件控制在局部，为乘员提供足够的逃生时间（法规通常要求不少于5分钟）。

4. 抑制策略一：材料层级（电芯层面）

   • 电芯本征安全提升：使用热稳定性更高的正负极材料（如磷酸铁锂比三元材料更稳定）、耐高温隔膜（涂覆陶瓷层的隔膜）、阻燃性或不易燃的电解液添加剂，从源头上提高电芯触发热失控的“门槛”，并降低其反应剧烈程度。
   • 电芯间热隔离：在每个电芯之间设置隔热材料（如气凝胶、云母板、高性能泡棉），形成物理屏障，延缓热量从失控电芯向邻居的直接传导。

5. 抑制策略二：结构层级（模组与电池包层面）

   • 物理隔离与防火墙：在电池包内，将电芯分组为模组，并在模组之间设置更坚固的隔热防火墙（如金属隔板加隔热层）。这些防火墙能够承受长时间的高温火焰冲击，有效阻断热蔓延的主通道。
   • 定向泄压与排气通道：每个电芯或模组都设计有安全的泄压阀。当电芯内部压力因热失控急剧升高时，泄压阀会按预设方向（通常朝向电池包外或特定通道）开启，将高温高压的喷发物质（气液混合物）定向引导至预设的排气通道，避免其直接冲击其他电芯或电池包上盖（朝向乘员舱一侧）。排气通道本身也需耐高温且隔热。

6. 抑制策略三：管理层级（电池管理系统与热管理）

   • 实时热监控：在关键电芯位置及模组间布置密集的温度和电压传感器。电池管理系统（BMS）实时监控，一旦检测到异常温升或电压骤降，立即发出最高级别警报。
   • 主动冷却干预：当BMS检测到局部温度异常但尚未失控时，会启动液冷或直冷系统的最大功率，对过热区域进行集中强效冷却，试图将热失控“扼杀在萌芽状态”。
   • 快速断电与隔离：在确认热失控信号后，BMS会指令继电器立即断开高压回路，切断电池包与整车的高压连接，防止事故扩大。

7. 系统集成与测试验证
   最终，上述所有策略需集成为一个完整的系统。其有效性必须通过严苛的“热扩散”测试来验证。测试中，会使用针刺、加热等方式故意触发一个电芯热失控，然后观察系统是否能在规定时间内阻止火焰和高温气体蔓延至乘员舱，以及是否出现明火从车辆其他部位冒出。这是衡量该系统保护效能的最终标准。