安全性的問題概括起來叫動力鋰電池熱失控，也就是電池受熱到一定溫度之后，它就不可控了，溫度直線上升，超過500℃、1000℃，然后就會燃燒爆炸。為何會有這個問題，首先過熱會引起這個問題，溫度上來，它會觸發(fā)電池里的副反應，隨著溫度的升高，我們電池里會出現(xiàn)一系列的副反應，這些副反應都會放熱，導致熱的失控。另外一種原因，電觸發(fā)的，比方外部短路、內(nèi)部短路、過充，這些都會導致產(chǎn)熱，然后出現(xiàn)熱失控。還有一個原因就是碰撞，比方說車輛的碰撞、擠壓。擠壓之后就像一個針刺了電池相同，然后短路，發(fā)生電的觸發(fā)，產(chǎn)熱，然后熱再引起熱失控。隨著溫度的升高，會觸發(fā)不同的副反應，比如說石墨負極與電解液的反應、電解質(zhì)的分解、大規(guī)模的內(nèi)短路等，導致最后電解液燃燒，最后熱失控，放熱速率會非常快。一個熱失控之后會導致它在一個電池里面的傳播，它會在整個電池組里面迅速擴散。

過熱的原因和解決辦法，包括電池的選型和熱設(shè)計的不合理，或者外短路導致電池的溫度升高，或者是電纜的接頭松動等，解決辦法有兩個方面，一個是電池的設(shè)計，一個是電池的管理。比如說我們可以開發(fā)防止熱失控的材料，阻斷熱失控的反應。另外，電池管理的角度，我們可以通過預測不同的溫度范圍，來含義不同的安全等級。比如說在不同的階段，我們可以算出它的溫度是多少，來判斷含義不同的安全等級，進行分級報警。第二個問題，有關(guān)過充電觸發(fā)的熱失控，比如說前一階段出現(xiàn)的電動巴士的燃燒就是這個原因，最后發(fā)現(xiàn)是電池管理系統(tǒng)本身對過充電的電池管理系統(tǒng)的電路沒有功能安全，導致電池的BMS已經(jīng)失控后還在充電導致的。

隨著電池的老化，各個電池之間的一致性會越來越差，當然過充就更容易發(fā)生了，還有一個問題，就是電池組的容量比單體的容量下降的更快。所以我們必須了解這個過程，在此基礎(chǔ)上，我們要進行整個電池組的均衡，來保持電池組的一致性，這就是一個均衡的原理。大家可以看出對一個串聯(lián)的電池組，我們現(xiàn)在重要是先并后串，這是最常見的電池組組合方法。我們可以看出，最后可以得到電池組容量就是那個最小容量的單體，這是我們可以達到的最大的電池組容量，也就是說一個串聯(lián)電池組容量，它實際上最好的情況就是跟最小容量的單體相同大的容量。有了這個一致性之后，我們?nèi)萘恳不厣耍瑫r過充這種情況也會防止。為了實現(xiàn)這個一致性，我們就必須對各個單體進行容量估計，也就要有一種方法來進行容量估計，這就是根據(jù)充電曲線的相似性來進行全體電池組的狀態(tài)的估計，也既是說只要了解了其中一只單體的電池的曲線，其他的曲線應該跟它是相似的，經(jīng)過曲線變化，他們可以近似重合，曲線變化的過程中間的這些差異就很容易算了，也就是說根據(jù)一個單體可以推算出其他的單體。有了這樣的方法我們就可以進行剛才的一致性的均衡，當然這種算法的時間過長，所以要進行簡化。

關(guān)于內(nèi)短路觸發(fā)的熱失控，比方說波音的787事件，最后找到的原因，電極和隔膜上有金屬物，有了內(nèi)短路，無法100%確認這個熱失控是內(nèi)短路觸發(fā)的，但是它是最可能的原因，因為找不到其他原因，而且內(nèi)短路沒辦法浮現(xiàn)。內(nèi)短路是什么原因，有三種，一種是電池制造雜質(zhì)，金屬顆粒，另外是充放電膨脹的收縮。內(nèi)短路是緩慢發(fā)生的，時間非常長，而且你不了解它什么時候會出現(xiàn)熱失控。而且這個試驗也是無法重復的，現(xiàn)在我們還沒有找到能夠重復由雜質(zhì)引起的內(nèi)短路的過程。

目前全世界都在研究這個問題。要解決這個問題，第一個方面是電池的選擇和電池單體容量的選擇，當然你要找到好的電池廠商，它的品質(zhì)要好；第二是內(nèi)短路的安全預測，我們在沒有發(fā)生熱失控之前，要找到有內(nèi)短路的單體。我們必須要找到它的特點參數(shù)，先從一致性著手，電池是不一致的，內(nèi)阻也是不一致的，我們只要找到中間有變異的單體，我們就可以把它辨別出來。怎么辨別，有一個辦法，這就是正常的一個電池的等效電路和發(fā)生了微短路的等效電路，我們把它的方程寫出來的話，方程的形式實際上是相同的，正常單體、微短路的單體，只不過這里頭的參數(shù)發(fā)生了變化，所以我們可以對這些參數(shù)來進行研究，它在內(nèi)短路變化中的一些特點。比方說內(nèi)短路單體的電勢差，它的內(nèi)阻跟其他單體的差異，這些都會有特點。我們根據(jù)這些特點，把這些特點辨識出來，再利用模型來進行單體的辨識，因為我們可以測到每個單體的電壓，每個單體的電流，利用這些數(shù)據(jù)再結(jié)合模型，我們就可以把每個單體的內(nèi)阻估出來，把它的這些參數(shù)全部估出來。根據(jù)這些參數(shù)的變化，我們來判斷它的一致性是否發(fā)生了顯著性變化。第三種觸發(fā)是機械觸發(fā)，比方說碰撞，特斯拉就是這樣的，特斯拉在美國撞過好多輛車，我們清華大學跟MIT共同合作對特斯拉在美國的碰撞事故進行過分析。假如我們在實驗室進行碰撞的仿真，最接近的就是針刺，用針里來刺這個電池。我們假如做其他的，比如說磷酸鐵鋰離子電池，顯然在這個過程中它就沒有三元電池那么厲害，大家可以看電池極的溫度，基本上最高溫度在120℃，可以看出不同的材料在針刺的時候反應不相同的，磷酸鐵鋰相對安全。所以到現(xiàn)在為止，仍然堅持在大客車中間重要使用磷酸鐵鋰離子電池，暫時還不宜大規(guī)模使用三元電池，尤其對大客車。再比如碳酸鋰離子電池，它也問題不大，不同的電池類型表現(xiàn)情況是不相同的。

為了研究針刺，我們會做一些三維的仿真模型，我們也可以做碰撞，怎么撞的，撞了之后怎么變形的，這些我們也做過很多研究。在此基礎(chǔ)上來進行安全性的設(shè)計，比方這個碰撞要解決的辦法就是電池的安全保護設(shè)計，這個是很有講究的。熱失控發(fā)生之后，它會往下傳播，因為第一節(jié)熱失控之后它會有傳熱，然后開始傳播，比如說有一個熱失控了，然后整組會像放鞭炮似的一個一個接下來。傳播我們可以建立一個模型來考察中間溫度升高率，化學能電能的產(chǎn)熱，還有傳熱對流等。整個熱電耦合的模型，我們可以用量熱儀來做一個相關(guān)的定量的分析。有了傳播模型我們就可以設(shè)計如何來阻斷和抑制，這就是要加隔熱層。但是加隔熱層也不是個簡單的問題，加厚了體積大，而且隔熱層跟冷卻又是矛盾的，所以這些都是要解決的問題。總之在熱失控擴展和抑制方面，要從安全保護設(shè)計和電池管理兩個方面來著手。