Säkerhetsproblemen med kraftbatterier sammanfattas som "termisk runaway", det vill säga efter att ha nått en viss temperatur blir det okontrollerbart, temperaturen stiger linjärt och sedan brinner den och exploderar. Överhettning, överladdning, intern kortslutning, kollision etc. är flera nyckelfaktorer som orsakar termisk flykt av kraftbatterier.
(1) Överhettning utlöser termisk rymning
Orsaken till överhettningen av batteribatteriet kommer från det orimliga batterivalet och värmedesignen, eller batteriets temperaturökning orsakad av den externa kortslutningen, lossningen av kabelkontakten etc., vilket bör lösas från två aspekter av batteridesign och batterihantering.
Ur batterimaterialdesignens perspektiv kan material utvecklas för att förhindra termisk rymd och blockera reaktionen av termisk flykt; Ur batterihanteringsperspektivet kan olika temperaturintervall förutsägas definiera olika säkerhetsnivåer för att utföra hierarkiska larm.
(2) Överladdning utlöser termisk rymd
Årets rena elbussbrand orsakades av "termisk flykt utlöst av överladdning". Specifikt saknade batterihanteringssystemet själv säkerhetsfunktionen hos överladdningskretsen, vilket gjorde att batteriets BMS var utom kontroll men fortfarande laddades.
För denna typ av överladdning är lösningen att hitta laddarens fel först, vilket kan lösas genom laddarens fulla redundans; För det andra är batterihanteringen orimlig, till exempel övervakas inte spänningen i varje batteri.
Det är värt att notera att när batteriet åldras kommer konsistensen mellan batterierna att bli värre och värre, och överladdning är mer sannolikt att uppstå just nu. Detta kräver balansering av hela batteripaketet för att bibehålla batteripaketets konsistens.
Till exempel, ett serieanslutet batteripaket som antar den vanligaste batteripaketkombinationsmetoden "först parallellt och sedan i serie", efter att ha löst monomerkonsistensproblemet, är det bästa fallet att ha samma kapacitet som den minsta kapacitetsmonomeren. Med denna konsekvens har kapaciteten ökat, och samtidigt kan den förhindra överdebitering.
För att uppnå konsekvens måste det finnas ett sätt att uppskatta kapaciteten för varje cell. Ouyang Minggao föreslog att tillståndet för hela batteripaketet kan uppskattas baserat på likheten mellan laddningskurvorna.
Med andra ord, så länge laddningskurvan för en av de enskilda cellerna är känd, bör de andra kurvorna likna den. När kurvan har ändrats kan de ungefär sammanfalla, och dessa skillnader under kurvändringen är lätta att beräkna. Enligt en monomer kan andra monomerer beräknas. Med denna metod kan ovannämnda konsistensbalans utföras. Naturligtvis tar denna algoritm för lång tid och måste förenklas.
(3) Intern kortslutning utlöser termisk rymdflykt
Passagerarplanet Boeing 787 fattade eld på grund av en batteriexplosion. När man sökte efter orsaken till olyckan konstaterades det att det fanns metallföremål på elektroden och membranet, vilket orsakade en intern kortslutning. Även om experter inte kan 100% bekräfta att termisk runaway utlöses av en intern kortslutning, är det den mest sannolika orsaken eftersom det inte finns någon annan anledning, och den interna kortslutningen kan inte "dyka upp".
Batteritillverkningsföroreningar, metallpartiklar, expansion och sammandragning av laddning och urladdning, litiumutveckling etc. kan alla orsaka interna kortslutningar. Denna typ av intern kortslutning sker långsamt, under mycket lång tid, och det är inte känt när det kommer att vara termiskt utom kontroll. Om provningen utförs kan kontrollen inte upprepas. För närvarande har experter över hela världen inte hittat en process som kan upprepa den interna kortslutningen orsakad av föroreningar, och de är alla under studier.
För att lösa problemet med intern kortslutning måste vi först hitta en batteritillverkare med god produktkvalitet, välja batteri- och battericellskapacitet; För det andra, gör en säkerhetsförutsägelse av den interna kortslutningen och hitta monomeren med intern kortslutning innan termisk körning inträffar.
Detta innebär att monomerens karakteristiska parametrar måste hittas, och konsistensen kan startas först. Batteriet är inkonsekvent, och det interna motståndet är också inkonsekvent. Så länge du hittar monomeren med variation i mitten kan du skilja den.
Närmare bestämt är motsvarande krets för ett normalt batteri och motsvarande krets för en mikrokortslutning, ekvationens form faktiskt densamma, förutom att parametrarna för den normala cellen och cellen med mikrokortslutningen har ändrats. Du kan studera dessa parametrar och se några av deras egenskaper vid interna kortslutningsförändringar.
En av egenskaperna är den potentiella skillnaden mellan den interna kortslutningsmonomeren och jämför dess inre motstånd med andra monomerer. Ouyang Minggao föreslog att FoU-personal skulle använda modeller för att identifiera monomerer. Efter att ha mätt spänningen och strömmen i varje cell, med hjälp av dessa data och kombinerat modellen, kan det interna motståndet hos varje cell uppskattas. När alla parametrar i monomeren har uppskattats, enligt parametrarna, kan man bedöma om konsistensen har förändrats avsevärt.
4) Mekanisk utlösare termisk runaway
Kollision är en typisk mekanisk utlösare för termisk rymning. Teslas upprepade brandolyckor är orsaken till detta. Ouyang Minggao avslöjade att Tsinghua University och MIT har samarbetat för att analysera Teslas kollision i USA. Om en kollisionssimulering utförs i laboratoriet är det närmaste akupunktur.
Sättet att lösa den termiska flykten som utlöses av kollision är att göra ett bra jobb med säkerhetsskyddsdesign av batteriet. Detta kräver att FoU-personal först förstår processen med termisk flykt.
Generellt sett, efter termisk utflykt inträffar, kommer det att sprida sig nedåt. Till exempel, när värmen är utom kontroll under det första kvartalet, kommer det att bli värmeöverföring och börja sprida sig, och sedan kommer hela gruppen att följa en efter en som smällare. För denna typ av förökning kan en modell fastställas, inklusive mellantemperaturens ökningshastighet, värmegenereringen av kemisk energi och elektrisk energi och värmeöverföringskonvektionen. Hela termoelektrisk kopplingsmodell kan användas för en relaterad kvantitativ analys med en kalorimätare.
Med förökningsmodellen kan R&D-personal utforma hur man blockerar och undertrycker, vilket kräver värmeisolering. Det är dock inte enkelt att lägga till ett värmeisolerande lager. Å ena sidan är volymen förtjockad, och å andra sidan är det värmeisolerande skiktet och kylningen motsägelsefulla. Allt detta är frågor som måste lösas.
Kort sagt, när det gäller termisk flyktutvidgning och undertryckande bör FoU-personal utgäcka från två aspekter: säkerhetsskyddsdesign och batterihantering.