2.散熱方面的對(duì)比

　　在單體散熱方面，由于圓柱型電池和方型電池的形狀不同，散熱效果表現(xiàn)差別較大。以50Ah方型電池為例，其表面積容量比大約在1x10-3m2/Ah;而32650-5Ah圓柱電池的表面積容量比約為1.6x10-3m2/Ah;相比之下大了60%。在外界條件完全相同的情況下，圓柱型小電池在散熱方面具有天然的優(yōu)勢(shì)。

　　圓柱型電池在組合時(shí)，電池之間有縱向間隙，這為電池的散熱提供天然的散熱途徑。理論上散熱截面積至少在15.9%（緊密排列）和21.9%（立方排列）。圖3為沃特瑪圓柱電池的組合結(jié)構(gòu)實(shí)物圖，可以看出組合后具有良好的散熱通道。圓柱電池組合的天然的散熱通道保證了電池的散熱效果，提高了電芯安全性。

　　3.安全機(jī)制對(duì)比

　　兩種電池結(jié)構(gòu)都具有防爆安全閥。方型電池的安全閥一般位于端側(cè)，閥面積要大于圓柱電池的安全閥。但是如果考慮到電池的容量，即單位容量的閥面積，方型電池要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圓柱電池。一旦電池出現(xiàn)失效情況，特別是極端的撞擊情況，方型電池安全閥的有效性要落后于小型圓柱電池。圓柱電池組合蓋帽兼具防爆安全閥和電流切斷裝置CID（CurrentInterruptDevice），如圖4所示。這一點(diǎn)在方型電池上很少應(yīng)用。當(dāng)出現(xiàn)外部短路或當(dāng)電池內(nèi)壓達(dá)到1.2MPa安全警戒值時(shí)，首先CID裝置啟動(dòng)，正負(fù)極之間斷開(kāi)，主動(dòng)切斷電流自行保護(hù)，電池內(nèi)部回路斷開(kāi)；當(dāng)電池內(nèi)壓到1.8MPa安全警戒值時(shí)，泄壓構(gòu)件安全閥會(huì)打開(kāi)，氣體排出，避免爆炸風(fēng)險(xiǎn)。目前，安全型組合蓋帽工藝成熟，使圓柱型電芯的安全性得到了很好的保證。

　　圖3圓柱型電池組合結(jié)構(gòu)

　　圖4圓柱電池組合蓋帽結(jié)構(gòu)圖

　　4.成組一致性對(duì)比

　　眾所周知，單體電池的一致性對(duì)電池組的壽命、安全性等各個(gè)方面指標(biāo)具有較大的影響。大方型電池生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性決定了目前單體電池的一致性較差。在成組后電池的一致性問(wèn)題直接對(duì)安全性造成影響。因?yàn)槿萘可?，?nèi)阻高的電池更多的面臨過(guò)充過(guò)放帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。圓柱電池生產(chǎn)工藝成熟，電池一致性較高。在電池組合后，低容量電池出現(xiàn)的幾率較低。即使出現(xiàn)低容量電池，由于多個(gè)并聯(lián)，通過(guò)自均衡的方式最大程度上消除了不一致的影響。

　　5.圓柱電池安全測(cè)試

　　為了驗(yàn)證圓柱電池的安全性，對(duì)圓柱單體電池及電池組進(jìn)行了安全測(cè)試。圖5為圓柱型電池組針刺實(shí)驗(yàn)照片。當(dāng)鋼釘穿透電池時(shí)，電池內(nèi)電解液泄露，電池表面溫度急劇升高，電壓緩慢下降，電解液汽化冒出少量白煙，包裹電池用的絕緣塑料膠套被高溫熔化，過(guò)程持續(xù)大約10min后現(xiàn)象消失，最終短路電池電壓降為零，過(guò)程最高溫度上升到141℃。電池不爆炸，不燃燒。完全符合UL2580（及SAEJ2464）標(biāo)準(zhǔn)。圖6為圓柱型電池組撞擊測(cè)試前后的照片。電池組在遭到重物撞擊后，電池明顯受損，但電池?zé)o起火、無(wú)漏液、無(wú)冒煙或爆炸，電池電壓基本無(wú)變化。符合UL1642標(biāo)準(zhǔn)。表2為電池組進(jìn)行的安全測(cè)試項(xiàng)目。從實(shí)測(cè)結(jié)果看，圓柱型電池表現(xiàn)出良好的安全性能。圖7為更為苛刻的焚燒測(cè)試過(guò)程照片。從實(shí)測(cè)結(jié)果看，電池的防爆片開(kāi)啟的電池表面溫度在240℃左右，電池釋放出氣體，電解液局部燃燒，不出現(xiàn)爆炸現(xiàn)象?；鹧嫦绾箅姵貧んw結(jié)構(gòu)也并未遭到破壞。根據(jù)UL1642要求“實(shí)驗(yàn)過(guò)程中單體電池的全部和部分不應(yīng)該穿透鋼絲網(wǎng)”，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果標(biāo)明安全性達(dá)到UL標(biāo)準(zhǔn)。

　　目前小型圓柱電池已經(jīng)大量應(yīng)用于電動(dòng)汽車中，為了驗(yàn)證電池在汽車事故中的安全性，對(duì)整車進(jìn)行了碰撞測(cè)試。碰撞標(biāo)準(zhǔn)按C-NCAP進(jìn)行。對(duì)該車分別進(jìn)行時(shí)速50公里與剛性固定障礙100%重疊率正面碰撞，時(shí)速56公里對(duì)可變形障礙40%重疊率的正面偏置碰撞，可變形移動(dòng)障礙時(shí)速50公里與車輛的側(cè)面碰撞。圖8為整車碰撞后的照片。從碰撞后車輛取下電池進(jìn)行檢測(cè)，電池組基本完好，無(wú)冒煙，無(wú)燃燒。整車碰撞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了小型圓柱電池應(yīng)用于電動(dòng)汽車的安全優(yōu)勢(shì)。

　　圖5電池組針刺實(shí)驗(yàn)

　　圖6圓柱型電池組撞擊測(cè)試

　　電池在常溫下以3A（0.6C）充滿至280V（78串），靜置30min后用10kg重量從1m高處自由落下撞擊到電池上。（a）測(cè)試前；（b）測(cè)試后。

　　表2沃特瑪電池組2505E（250V，5Ah）安全測(cè)試結(jié)果

　　圖7圓柱型電池焚燒測(cè)試

　　圖8沃特瑪電池在整車碰撞測(cè)試中表現(xiàn)。（a）碰撞后汽車；（b）碰撞后電池組

　　結(jié)論

　　32650-5Ah圓柱型磷酸鐵鋰電池，在應(yīng)用于電動(dòng)汽車等動(dòng)力應(yīng)用領(lǐng)域具有較高的安全特性。這是由于單體電池容量小，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，組合結(jié)構(gòu)安全等因素決定的。該型磷酸鐵鋰動(dòng)力電池通過(guò)串并聯(lián)組合的形式應(yīng)用于動(dòng)力領(lǐng)域是未來(lái)的發(fā)展方向。