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    四方光電股份有限公司

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    聚焦最嚴電池新國標:看四方光電如何構筑熱失控安全預警

    閱讀:641      發布時間:2025-4-30
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      標準簡介
      
      隨著新能源汽車的快速發展,動力電池的安全性成為行業核心議題。近日,頒布的GB 38031-2025《電動汽車動力蓄電池安全要求》將于2026年7月1日正式實施,以熱失控防護為核心構建多重生死防線,被稱為“最嚴電池安全令”。
      
      核心修訂內容如下:
      ?熱失控防護升級:電池系統在單體熱失控后2小時內必須不起火、不爆炸;
      ?溫度嚴格管控:所有監測點溫度≤60℃;
      ?報警響應提速:熱失控信號需在5分鐘內發出預警,且報警前后5分鐘內乘員艙內無可見煙氣;
      ?新增測試場景:新增底部撞擊及快充循環后短路測試;
      ?新增同一型式判定條件,允許部分變更電池包或系統經補充測試和審批后視為同一型式,無需重新測試。
      
      熱失控機理分析
      
      在新能源汽車市場迅速擴張的當下,動力蓄電池作為核心部件,其安全性備受關注。作為當前新能源汽車領域的兩大主流技術路線,磷酸鐵鋰(LFP)和三元鋰(NCM/NCA)電池在熱失控的觸發機制、氣體釋放特征及防控策略上存在顯著差異。針對這兩種電池的不同特性,需采用差異化的監測手段和傳感器配置,以實現精準預警和有效防控。
      
      磷酸鐵鋰電池的熱穩定性相對較高,熱失控觸發溫度通常在200℃以上。其反應以釋放氫氣為主(50-70%),并伴隨煙塵早期釋放。鄭州大學電氣工程學院的研究表明,氫氣是磷酸鐵鋰電池熱失控的釋放氣體,檢測時間比模組出現濃煙早12分鐘,結合氫氣監測可實現無煙無火的早期預警。



    磷酸鐵鋰熱失控分析圖(來源:Electronics, 2023, 12(7))
      
      相比之下,三元鋰電池因高活性鎳鈷錳材料特性,熱失控觸發溫度低至150-200℃,反應中釋放氫氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷及乙烯等氣體,并伴隨壓力驟升和顆粒物爆發。《三元鋰離子電池熱失控氣體原位分析》研究表明,三元鋰離子電池熱失控過程經歷溫升、電解液蒸發、氣體釋放及壓力峰值檢測、冷卻后毒性氣體警示四個階段。需重點監測電解液泄漏和多組分氣體,能更早發現異常,為響應處置提供更多寶貴時間。


      

      三元鋰熱失控階段分析圖(來源:Electronics, 2023, 12(7))
      
      解決方案
      
      四方光電基于NDIR、熱導等提供多種技術及組合解決方案,可精準探測電解液、氣體、煙霧、壓力,并通過CAN總線向BMS傳遞預警信號。其傳感器基于熱失控特征氣體釋放規律,實現秒級響應與報警,觸發BMS多級聯動防控,以滿足GB 38031-2025標準中“5分鐘報警”要求。
      
      針對國標新增的內部加熱觸發和底部撞擊測試場景,四方光電電解液泄漏傳感器(ATRS-1050)在該類場景的防控中均發揮重要作用,當電芯因工藝缺陷、擠壓或濫用導致超過0.1mL電解液泄漏時,該傳感器能快速識別并實時向BMS發送信號,實現極早期預警。這種“體檢式”監測方案通過極早期干預,有效降低熱失控風險。
      
      此外,四方光電傳感器經強化濕熱循環、鹽霧防護設計,提升絕緣性能,確保復雜工況下穩定監測。其提供的實時數據可聯動電池包廠家的泄壓、惰性氣體注入等防控技術,助力實現“2小時不起火爆炸”及“監測點溫度≤60℃”等核心安全標準。
      
      磷酸鐵鋰電池因產氣溫和,防控側重于煙霧和氫氣監測,借助高靈敏度傳感器實時追蹤,配合BMS熱管理降溫,有效延緩熱蔓延。三元鋰電池因反應劇烈,需多維度參數同步監測,在熱失控早期階段,精準檢測電解液溶劑蒸氣,以及熱失控多合一傳感器實時監測多種氣體參數,助力BMS觸發多級聯動防控,實現極早期預警和多級防控的有機結合。


      

      四方光電動力電池熱失控產品矩陣
      
      結語
      
      新國標GB 38031-2025的發布,標志著動力電池安全從被動響應向主動防護的全面升級。四方光電通過煙霧、電解液、壓力及多氣體監測的協同技術,結合秒級響應與多級聯動機制,不僅助力達成“2小時不起火爆炸”“5分鐘報警”等硬性要求,更為底部撞擊、快充老化等新增測試場景提供了前瞻性解決方案。隨著技術迭代與標準完善,動力電池安全將邁向更高階的系統化防控時代。
      
    參考文獻:
      1.金勇, 等. 液冷LiFePO4電池模塊熱失控的氣壓信號突變預警[J]. 儲能科學與技術. DOI: 10.19799/ki.2095-4239.2023.0195.
      2.沈恒杰, 王赫武, 李明海, 李成, 張雅君, 李亞倫, 楊新偉, 馮勛寧, 歐陽明高. 鋰離子電池熱失控特性及不同LFP和NCM正極材料下的氣體成分分析[J]. Electronics, 2023, 12(7): 1603. DOI:10.3390/electronics.
      3.張秋生, 曲迎春, 郝春亮, 劉婷婷, 陳東. 三元鋰離子電池熱失控氣體的原位分析[J]. 高電壓工程, 2022, 48(7): 2817-2825. DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve..
      4.王懷斌, 李陽, 王秦政, 杜志明, 馮旭寧. 鋰離子牽引電池熱失控及其傳播的實驗研究[J]. 工程學報, 2021, 43(5): 663-675. DOI: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.10.27.002.
      5.顧正建,陶倩藝,楊智皋,等.磷酸鐵鋰與三元鋰離子電池加熱下的熱失控行為[J].電池,2024,54(4):513-518. DOI: 10.19535/j.1001-1579.2024.04.015.

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