Het veiligheidsprobleem van stroombatterijen wordt samengevat als"thermal runaway", dat wil zeggen, na het bereiken van een bepaalde temperatuur wordt het onbeheersbaar, de temperatuur stijgt lineair, en dan brandt en explodeert het. Oververhitting, overladen, interne kortsluiting, botsing, enz. zijn verschillende belangrijke factoren die thermische uitbarsting van stroombatterijen veroorzaken.
(1) Oververhitting veroorzaakt thermische op hol geslagen
De reden voor de oververhitting van de stroombatterij komt van de onredelijke batterijkeuze en het thermische ontwerp, of de temperatuurstijging van de batterij veroorzaakt door de externe kortsluiting, het losraken van de kabelconnector, enz., Die vanuit twee aspecten moet worden opgelost van batterijontwerp en batterijbeheer.
Vanuit het perspectief van het ontwerp van batterijmateriaal kunnen materialen worden ontwikkeld om thermische runaway te voorkomen en de reactie van thermische runaway te blokkeren; vanuit het perspectief van batterijbeheer kunnen verschillende temperatuurbereiken worden voorspeld om verschillende veiligheidsniveaus te definiëren, om hiërarchische alarmen uit te voeren.
(2) Overbelasting veroorzaakt thermische op hol geslagen
Dit jaar werd's puur elektrische busbrandincident veroorzaakt door"thermische wegloop veroorzaakt door overbelasting". Met name het batterijbeheersysteem zelf miste de veiligheidsfunctie van het overlaadcircuit, waardoor het BMS van de batterij' niet meer onder controle was, maar nog steeds werd opgeladen.
Voor dit type overladen is de oplossing om eerst de fout van de lader te vinden, wat kan worden opgelost door de volledige redundantie van de lader; ten tweede is het batterijbeheer onredelijk, bijvoorbeeld de spanning van elke batterij wordt niet gecontroleerd.
Het is vermeldenswaard dat naarmate de batterij ouder wordt, de consistentie tussen de batterijen steeds slechter wordt en dat overbelasting op dit moment waarschijnlijker is. Dit vereist het balanceren van het volledige batterijpakket om de consistentie van het batterijpakket te behouden.
Bijvoorbeeld een in serie geschakeld batterijpakket dat de meest gebruikelijke batterijpakketcombinatiemethode van"eerst parallel en vervolgens in serie" toepast, na het oplossen van het monomeerconsistentieprobleem, is het beste geval om dezelfde capaciteit als het monomeer met de kleinste capaciteit. Met deze consistentie is de capaciteit gestegen en kan tegelijkertijd overladen worden voorkomen.
Om consistentie te bereiken, moet er een manier zijn om de capaciteit van elke cel te schatten. Ouyang Minggao suggereerde dat de staat van het hele batterijpakket kan worden geschat op basis van de gelijkenis van de laadcurves.
Met andere woorden, zolang de laadcurve van een van de afzonderlijke cellen bekend is, moeten de andere curven daaraan gelijk zijn. Na de curveveranderingen kunnen ze ongeveer samenvallen, en deze verschillen in het verloop van de curveverandering zijn eenvoudig te berekenen. Volgens één monomeer kunnen andere monomeren worden berekend. Met deze methode kan de bovengenoemde consistentiebalans worden uitgevoerd. Natuurlijk duurt dit algoritme te lang en moet het worden vereenvoudigd.
(3) Interne kortsluiting veroorzaakt thermische runaway
Het passagiersvliegtuig Boeing 787 vloog in brand door een batterij-explosie. Bij het zoeken naar de oorzaak van het ongeval bleek dat er metalen voorwerpen op de elektrode en het diafragma zaten, waardoor een interne kortsluiting ontstond. Hoewel experts niet 100% kunnen bevestigen dat thermische runaway wordt veroorzaakt door een interne kortsluiting, is dit de meest waarschijnlijke oorzaak omdat er geen andere reden is, en de interne kortsluiting kan niet" ontstaan & quot;.
Onzuiverheden bij de fabricage van batterijen, metaaldeeltjes, uitzetting en samentrekking van lading en ontlading, lithiumontwikkeling, enz. kunnen allemaal interne kortsluitingen veroorzaken. Dit soort interne kortsluiting treedt langzaam op, voor een zeer lange tijd, en het is niet bekend wanneer het thermisch uit de hand zal lopen. Als de test wordt uitgevoerd, kan de verificatie niet worden herhaald. Op dit moment hebben experts over de hele wereld geen proces gevonden dat de interne kortsluiting veroorzaakt door onzuiverheden kan herhalen, en ze worden allemaal bestudeerd.
Om het probleem van interne kortsluiting op te lossen, moeten we eerst een batterijfabrikant vinden met een goede productkwaliteit, de batterij en batterijcelcapaciteit selecteren; ten tweede, maak een veiligheidsvoorspelling van de interne kortsluiting en vind het monomeer met interne kortsluiting voordat thermische runaway optreedt.
Dit betekent dat de karakteristieke parameters van het monomeer moeten worden gevonden en dat eerst de consistentie kan worden gestart. De batterij is inconsistent en de interne weerstand is ook inconsistent. Zolang je het monomeer met variatie in het midden vindt, kun je het onderscheiden.
Specifiek, het equivalente circuit van een normale batterij en het equivalente circuit van een microkortsluiting, de vorm van de vergelijking is eigenlijk hetzelfde, behalve dat de parameters van de normale cel en de cel met de microkortsluiting zijn veranderd. U kunt deze parameters bestuderen en enkele van hun kenmerken zien in interne kortsluitingsveranderingen.
Een van de kenmerken is het potentiaalverschil van het interne kortsluitmonomeer, waarbij de interne weerstand wordt vergeleken met andere monomeren. Ouyang Minggao stelde voor dat R&D-personeel modellen zou moeten gebruiken om monomeren te identificeren. Na het meten van de spanning en stroom van elke cel, met behulp van deze gegevens en het combineren van het model, kan de interne weerstand van elke cel worden geschat. Nadat alle parameters van het monomeer zijn geschat, kan aan de hand van de veranderingen van de parameters worden beoordeeld of de consistentie significant is veranderd.
4) Mechanische trigger thermische runaway
Botsing is een typische mechanische trigger voor thermische op hol geslagen. Tesla's herhaalde brandongevallen zijn hiervan de reden. Ouyang Minggao onthulde dat Tsinghua University en MIT hebben samengewerkt om de botsing van Tesla' in de Verenigde Staten te analyseren. Als een botsingssimulatie in het laboratorium wordt uitgevoerd, komt acupunctuur het dichtst in de buurt.
De manier om de thermische wegloop veroorzaakt door een botsing op te lossen, is door het ontwerp van de batterij goed te beschermen. Dit vereist dat R&D-personeel eerst het proces van thermische runaway begrijpt.
Over het algemeen zal het zich, nadat thermische runaway is opgetreden, naar beneden verspreiden. Nadat de hitte bijvoorbeeld in het eerste kwartaal uit de hand is gelopen, zal er warmteoverdracht zijn en zich beginnen te verspreiden, en dan zal de hele groep één voor één volgen als vuurwerk. Voor dit soort voortplanting kan een model worden opgesteld, inclusief de gemiddelde temperatuurstijgingssnelheid, de warmteopwekking van chemische energie en elektrische energie, en de warmteoverdrachtsconvectie. Het gehele thermo-elektrische koppelingsmodel kan worden gebruikt voor een gerelateerde kwantitatieve analyse met een calorimeter.
Met het propagatiemodel kan R&D-personeel ontwerpen hoe te blokkeren en te onderdrukken, wat warmte-isolatie vereist. Het aanbrengen van een warmte-isolerende laag is echter niet eenvoudig. Enerzijds wordt het volume verdikt en anderzijds zijn de warmte-isolerende laag en koeling tegenstrijdig. Dit zijn allemaal problemen die opgelost moeten worden.
Kortom, in termen van thermische uitzetting en onderdrukking, moet R&D-personeel uitgaan van twee aspecten: ontwerp van veiligheidsbescherming en batterijbeheer.