Jak powstaje akumulator zasilający bez samozapłonu?
Kilka dni temu CCTV's"Dzisiaj's Statement" felieton informował o wypadku samozapłonu na Samsung Note 4 w 2017 roku, który spowodował poparzenie twarzy 4-letniej dziewczynki. Telefonom komórkowym Samsung' zabroniono nawet przewożenia w samolotach z powodu problemów z samozapłonem.
Jeśli samozapłon baterii telefonu komórkowego o pojemności 3500 mAh może spowodować obrażenia, to już od 16 kWh konsekwencje samozapłonu pojazdów czysto elektrycznych przy maksymalnie ponad 80 kWh będą jeszcze bardziej straszne.
Wydaje się jednak, że wypadek z baterią Tesli nie został przerwany. Podejrzewany wypadek pożaru baterii Tesla Model S został również wcześniej znaleziony w Hongkongu. Pojazd wylądował we wrześniu 2015 roku.
Patrząc wstecz na ostatnie wypadki, modele były zasadniczo modelem S pierwszej generacji, który został wprowadzony na rynek w latach 2013-2015, a żywotność baterii wynosiła ponad 4-6 lat.
& quot;pierwsze spalenie" Modelu S pojawił się w październiku 2013 roku – podczas jazdy Modelu S podwozie uderzyło w ostry przedmiot. Następnie pojazd wydał alarm, a właściciel porzucił pojazd i uciekł. Po 20 minutach pojazd zaczął się palić, Model S Rama uległa spaleniu.
W rzeczywistości"Pierwsze nagranie" niejasno ujawniono straszne konsekwencje samozapłonu takich baterii litowych o dużej pojemności, a podstawową przyczyną jest szybkie ładowanie i szybkie uwalnianie baterii litowych, co nie tylko powoduje duże uszkodzenie baterii, ale także wpływa na gospodarkę termiczną bateria. Wymagania są bardzo wysokie, a Model S doskonale odpowiada powyższym dwóm punktom.
Bezpieczeństwo baterii jest dla nas podstawowym warunkiem, abyśmy mogli cieszyć się wygodnym życiem, jakie zapewnia elektryfikacja. Aby zapewnić bezpieczeństwo akumulatorów pojazdów elektrycznych, bez względu na kraj, producenci akumulatorów lub producenci samochodów wykonali wiele pracy w tym celu.
Jakie rodzaje akumulatorów są obecnie używane i w jaki sposób kraj, producenci OEM i producenci akumulatorów zapewniają bezpieczeństwo akumulatorów pojazdów elektrycznych? to życie.
Zasilanie baterią dzisiaj
Po latach rozwoju, pojazdy czysto elektryczne i pojazdy hybrydowe zapoczątkowały pełną eksplozję w 2018 roku. Reakcją na rynku baterii zasilających jest ciągły wzrost dostaw baterii zasilających.
Jak powstaje akumulator zasilający bez samozapłonu?
Dostawy akumulatorów zasilających w ciągu pierwszych 10 miesięcy 2018 r. przekroczyły dostawy z 2017 r., ze wzrostem o ponad 84% rok do roku, a całkowita zainstalowana moc osiągnęła 56,89 GWh.
Wraz z ciągłym wprowadzaniem nowych modeli energetycznych od starych producentów OEM w 2019 r. i dostawami nowych firm produkujących samochody silnikowe oczekuje się, że liczba ta będzie nadal rosła w 2019 r.
Obecnie głównymi akumulatorami stosowanymi w nowych pojazdach energetycznych na rynku są najczęściej stosowane trójskładnikowe akumulatory litowe, bezpieczne i stabilne akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe oraz ekskluzywne akumulatory niklowo-wodorkowe Toyoty'.
Porównując pojazdy elektryczne sprzed 2017 r. można stwierdzić, że gęstość energetyczna akumulatorów wzrosła z 103,3 Wh/kg do 142,4 Wh/kg, a kraj wyznaczył cel 300 kWh/kg do 2020 roku. Ogromny wzrost gęstości energii akumulatorów tkwi w szerokim zastosowaniu trójskładnikowych akumulatorów litowych.
Pojazdy wykorzystujące trójskładnikowe baterie litowe to model 3, Corolla e+, BYD Yuan EV i wiele innych popularnych nowych modeli energetycznych.
Jak powstaje akumulator zasilający bez samozapłonu?
Zaletą litu trójskładnikowego jest jego wysoka gęstość energii. Obecnie najbardziej zaawansowane akumulatory Tesli i Panasonic mogą osiągać blisko 300 kWh/kg, podczas gdy CATL i BYD mogą obecnie osiągać 200 kWh/kg. Obecnie trójskładnikowe materiały do baterii litowych wciąż mają wiele do zrobienia. . Jednak parametry bezpieczeństwa i cykl baterii nie są tak dobre, jak akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe, a ich stosowanie w pojazdach osobowych jest zabronione przez państwo.
Udział w rynku drugi po trójskładnikowym litu to baterie litowo-żelazowo-fosforanowe. Ze względu na wyjątkowe parametry bezpieczeństwa są stosowane głównie w pojazdach użytkowych. Obecnie autobusy elektryczne jeżdżące po ulicach wykorzystują głównie baterie litowo-żelazowo-fosforanowe.
W porównaniu z trójskładnikowymi bateriami litowymi ulatnianie się elektrolitu następuje w temperaturze 200 stopni Celsjusza, co jest podatne na samozapłon. Akumulatory litowo-żelazowo-fosforanowe będą miały ten problem tylko w 800 stopniach Celsjusza. Jednak BYD, który ma obecnie najwyższą gęstość baterii, może osiągnąć tylko 150 kWh/h. Seria BYD Dynasty, w której zastosowano baterie litowo-żelazowo-fosforanowe, również przeszła na trójskładnikowe baterie litowe.
Teraz, gdy gęstość energii akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych zbliża się do teoretycznego limitu, nie ma wiele miejsca na poprawę. Co więcej, pojemność zostanie zmniejszona o mniej niż 20% po ładowaniu 100 razy poniżej -10 stopni, a korzystanie z niego w zimnym otoczeniu jest w zasadzie trudne.
Jeśli chodzi o ekskluzywne akumulatory niklowo-metalowo-wodorkowe Toyoty', chociaż bezpieczeństwo i niezawodność były testowane przez wiele lat, po tylu latach użytkowania nie doszło do żadnych wypadków związanych z bezpieczeństwem akumulatorów. Jednak Toyota ustanowiła w tym zakresie zbyt wiele barier patentowych, co utrudnia korzystanie z nich innym producentom.
Czasy cykli akumulatorów Ni-MH są bardzo krótkie i możliwe są tylko niskie cykle ładowania i rozładowania. Toyota Prius utrzymuje akumulator na poziomie 40% do 60% pojemności. Ponadto gęstość energii jest nawet niższa niż w przypadku akumulatorów litowo-żelazowo-fosforanowych, dlatego nie można jej używać w modelach hybrydowych i czysto elektrycznych. Modele hybrydowe Toyoty' i modele czysto elektryczne również wykorzystują trójskładnikowe baterie litowe.
Opierając się na dużym udziale w rynku trójskładnikowych baterii litowych i baterii litowo-żelazowo-fosforanowych, dostawy CATL w 2018 r. przewyższyły dostawy Panasonic, który polegał na Tesli i Toyocie oraz innych czysto elektrycznych modelach hybrydowych, oraz BYD, która dostarcza głównie własne modele. Aspirujący do bycia mistrzem wysyłek, z udziałem 41,3% na rynku krajowym.
Jednak pod względem gęstości energii i kosztów wciąż są na gorszej pozycji w porównaniu z bateriami Panasonic, LG i innymi japońskimi i koreańskimi bateriami. Pozostaje pytanie, czy obecny rynek uda się utrzymać po zmniejszeniu dotacji. Oczywiście jako partner BMW w dziedzinie baterii wierzę, że CATL ma wystarczająco dużo siły, aby tworzyć produkty o niższych cenach i lepsze produkty.
Jak palą się baterie litowo-jonowe?
Cóż, po omówieniu klasyfikacji baterii zasilających oraz przeszłości i teraźniejszości, porozmawiajmy teraz' o baterii litowej o największym udziale w rynku, dlaczego tak łatwo jest się zapalić.
Źródłem pożaru baterii litowej jest ucieczka termiczna.
Główne przyczyny przegrzania i samozapłonu baterii litowych są wewnętrzne i zewnętrzne. Przyczyną wewnętrzną jest głównie starzenie się baterii, a przyczynami zewnętrznymi: przebicie, kolizje, zwarcie, przegrzanie zewnętrzne oraz rozładowanie i przeładowanie dużej mocy.
Baterie litowe składają się z elektrody dodatniej, elektrody ujemnej i separatora, który przepuszcza tylko jony litu. Akumulator emituje ciepło podczas pracy. Gdy temperatura wzrośnie do określonej temperatury, membrana zamknie się termicznie, zapobiegając przedostawaniu się jonów litu, izolując dodatnie i ujemne elektrody akumulatora, zatrzymując reakcję i zapobiegając przegrzaniu akumulatora.
Jednak membrana pęknie po określonej temperaturze i straci swoje działanie ochronne. Gdy ciepło zewnętrzne powoduje pęknięcie membrany lub uszkodzenie fizyczne, takie jak przebicie lub kolizja, a nawet kryształ jonu litu utworzony przez starzejącą się elektrodę ujemną przebija membranę, membrana nie będzie w stanie odizolować elektrody dodatniej i ujemnej, a w akumulatorze wystąpi wewnętrzne zwarcie.
Z powodu wewnętrznego zwarcia bateria ma duży kontakt między elektrodami dodatnią i ujemną i reaguje gwałtownie, wydzielając dużo ciepła, a proces ten nadal się nasila, a temperatura nadal rośnie.
Elektrolit stosowany w bateriach litowych nie jest stabilny w wysokich temperaturach. Oprócz ulatniania się w wysokich temperaturach, tworzenie się gazu spowoduje rozszerzenie i pęknięcie akumulatora, co nasila wewnętrzne zwarcie. Po osiągnięciu określonej temperatury nastąpi szereg reakcji rozkładu, a duża ilość Ciepła, to ciepło spowoduje dalszą intensyfikację reakcji i ostatecznie wywoła efekt samonagrzewania.
Gdy bateria litowa ma wewnętrzne zwarcie z różnych powodów, uwolnione ciepło może spowodować reakcję łańcuchową pozostałej baterii, co ostatecznie doprowadzi do dużego obszaru niestabilności termicznej.
Elektrolit stosowany w bateriach litowych jest lotnym i palnym rozpuszczalnikiem organicznym, który może ulec zapłonowi pod wpływem niestabilności termicznej. To, co w końcu się pojawiło, było jak w kilku wypadkach samozapłonowych Modelu S. Nagle wyemitowała się duża ilość dymu, a ogień rozpalił się w krótkim czasie i trudno było go ugasić.
Obowiązkowe normy krajowe zapewniają bezpieczeństwo
Ponieważ istnieją problemy z bateriami litowymi, w celu zapewnienia bezpiecznego użytkowania baterii litowych w pojazdach osobowych, państwo ustanowiło dwa zestawy ścisłych obowiązkowych norm dla baterii i akumulatorów samochodów osobowych, w tym krajów systemowych, z testem bezpieczeństwa 16 i 10 przedmioty odpowiednio. Wszystkie testy należy zdać w tym samym czasie, a pojazdy elektryczne spełniające obie normy krajowe mogą być wprowadzane na rynek tak, aby sprostać wymaganiom konsumentów.
Wszystkie testy wykonywane są pod warunkiem pełnego naładowania akumulatora. Kilka testów jest bardziej brutalnych. Reżyser opowie o tym szczegółowo i pozwoli każdemu poczuć surowość tego standardu.
Test akupunktury polega na użyciu stalowej igły o średnicy 6-8mm do pionowego nakłucia z prędkością 25mm/s i przebicia co najmniej trzech baterii, a stalowa igła pozostaje w baterii. Obserwować przez godzinę bez wybuchu, spalania lub ognia.
Test ogrzewania ma zwiększyć się do 130 stopni w tempie 5 stopni Celsjusza na minutę i utrzymać go przez 30 minut. Po wyłączeniu ogrzewania przez godzinę obserwować, czy nie może dojść do wybuchu, spalania lub pożaru.
Test cyklu temperaturowego polega na dostosowaniu temperatury zgodnie z temperaturą i czasem trwania powyższej tabeli, cykl 5 razy i obserwację przez godzinę po tym, ale nadal nie ma wybuchu, spalania ani pożaru.
Istnieje również zewnętrzny test ogniowy. Używany jest zbiornik oleju opałowego większy niż system akumulatorów. Akumulator jest bezpośrednio wystawiony na 50 cm nad rusztem. Płomień pali baterię bezpośrednio przez 70 sekund, a następnie dokłada się pokrywę na 60 sekund lub bezpośrednio. Kontynuuj spalanie przez 60 sekund. Jeśli akumulator ma płomień po opuszczeniu źródła ognia, jego zgaszenie zajmie mniej niż 2 minuty. Obserwować przez 2 godziny, nie powinno być wybuchu, spalania ani pożaru.
W rzeczywistości, po tych rygorystycznych standardowych testach, prawdopodobieństwo samozapłonu akumulatorów zasilających w pojazdach elektrycznych nie jest wyższe niż w przypadku pojazdów napędzanych paliwem. W przypadku pojazdów czysto elektrycznych lub pojazdów hybrydowych produkowanych i sprzedawanych przez potężnych producentów OEM, każdy może być spokojny pod względem bezpieczeństwa. .
Ciągła poprawa poziomu bezpieczeństwa
Oprócz poziomu bezpieczeństwa wymaganego przez krajowe obowiązkowe normy samego akumulatora, w celu zapewnienia bezpieczeństwa akumulatora zasilającego pojazdu, istnieje wiele innych urządzeń zapewniających jego bezpieczeństwo.
Na przykład, po spaleniu Tesli przez przebitą baterię w 2013 roku, Tesla przeprojektowała zewnętrzne urządzenie zabezpieczające baterię.
Zastosowanie stopu aluminium i materiałów tytanowych do wytworzenia ugięcia"tarcza" może nie tylko chronić przed uderzeniami czołowymi, ale także odbijać niektóre rozpryskiwane lub przebite przedmioty, co znacznie zmniejsza prawdopodobieństwo przebicia i uderzenia akumulatora z zewnątrz.
Kolejnym ważnym urządzeniem pozwalającym uniknąć przegrzania baterii jest algorytm zarządzania energią BMS systemu zasilania. Skuteczny algorytm zarządzania energią może skutecznie uniknąć wystąpienia przeładowania. Ponieważ mocy baterii nie można bezpośrednio wykryć, można ją oszacować tylko na podstawie prądu i napięcia. Kiedy strategia zarządzania energią jest niewłaściwa z powodu pogody i innych powodów, łatwo jest spowodować przeładowanie.
Przeładowanie powoduje rozpuszczenie elektrody dodatniej akumulatora, utlenianie i rozkład elektrolitu, nagrzewanie się akumulatora, pęcznienie i pękanie, a następnie zapalenie się.
Teraz różne zespoły na całym świecie badają bardziej zaawansowane i efektywne algorytmy zarządzania energią. Doskonały algorytm zarządzania energią może nie tylko wykryć przeładowanie akumulatora na czas, aby uniknąć przegrzania, ale także rozpoznać, czy wystąpiło wewnętrzne zwarcie, ostrzec personel pojazdu i poprowadzić personel do szybkiej ucieczki.
Może nawet obniżyć temperaturę wewnętrznej części zwarciowej dzięki aktywnemu systemowi rozpraszania ciepła, a na koniec zrealizować kontrolę temperatury przed niestabilnością termiczną.
Oczywiście innym sposobem jest zastosowanie strategii aktywnej kontroli temperatury, wykorzystującej system cyrkulacji chłodzony cieczą do owinięcia zestawu akumulatorów. Może nie tylko uniknąć przeładowania i nadmiernego rozładowania spowodowanego zbyt wysoką lub zbyt niską temperaturą akumulatora, ale także utrzymać akumulator w odpowiednim zakresie temperatur, utrzymać ładowanie akumulatora w najlepszej temperaturze i osiągnąć najlepszy efekt szybkiego ładowania.
Tradycyjna membrana baterii litowej wykorzystuje pojedynczy polietylen lub polipropylen, a membrana ulegnie uszkodzeniu, gdy temperatura przekroczy 135 stopni i istnieje niebezpieczeństwo samozapłonu. Nowa bateria wykorzystuje membranę kompozytową polipropylen-polietylen-polipropylen, która nadal może zachować funkcję blokowania membrany w wyższych temperaturach.
Ponadto elektrolit w tradycyjnych akumulatorach rozkłada się w wysokich temperaturach, generując dużą ilość gazu i ciepła oraz następuje niekontrolowany przebieg termiczny. Dodając do elektrolitu środek zmniejszający palność na bazie estrów fosforanowych można skutecznie przerwać reakcję i zorganizować reakcję spalania.
Tych różnych miar jest znacznie więcej i są one stale ulepszane w oparciu o opinie użytkowników i wyniki testów. Bezpieczeństwo pojazdów elektrycznych nie pozostanie w tyle za pojazdami napędzanymi paliwem ze względu na zmiany w systemie zasilania.
Jako przyszły kierunek rozwoju, istnieje wiele różnych firm i różnych zespołów technicznych, które stale przyczyniają się do bezpieczeństwa pojazdów elektrycznych. Obecne bezpieczeństwo pojazdów napędzanych paliwem zostało również podsumowane i poprawione w różnych wypadkach. W przyszłości, w miarę jak pojazdy elektryczne pojawiają się coraz szerzej w naszym życiu, bezpieczeństwo pojazdów elektrycznych z pewnością ulegnie dalszej poprawie.
Dyrektor ma coś do powiedzenia
Bezpieczeństwo akumulatorów litowych do pojazdów elektrycznych nie jest niskie i stopniowo się poprawia.
Konsumenci, jako nowy typ pojazdu, nie mają powodu domagać się wyższych standardów dla pojazdów elektrycznych niż pojazdy napędzane paliwem. Jednocześnie na pojazdy elektryczne powinniśmy patrzeć z perspektywy rozwojowej, zamiast ślepo je krytykować z konserwatywnej perspektywy.
Niektórzy mówią, że najgorszy samochód, jaki może sobie wyobrazić, to domowy samochód elektryczny. Mogę tylko powiedzieć, że kiedy zaczynał się przemysł samochodowy, nie było wiary w to, że samochody mogą zastąpić powozy konne.
Tesla nie radziła sobie zbyt dobrze pod względem bezpieczeństwa z powodów takich jak bycie zbyt agresywnym. Ponad 7000 akumulatorów 18650 załadowanych Modelem S to po prostu koszmar dla systemu zarządzania energią. Ale z tego powodu' nie możemy odmówić pojazdów elektrycznych. Na obecnym rynku technologia bezpieczeństwa akumulatorów pojazdów elektrycznych znacznie przekroczyła te 18650 zestawów akumulatorów.
Spadek nowych dotacji na energię w 2019 r. to zła wiadomość dla branży nowych pojazdów energetycznych, ponieważ przewaga cenowa pojazdów napędzanych paliwem nie jest już oczywista. Ale z innej perspektywy może również promować nowe pojazdy energetyczne.
W przeszłości wiele firm żyjących z dotacji mógł zostać wyeliminowanych jedynie przez rynek, a reszta to firmy z wystarczającymi możliwościami R&i D, zdolnościami produkcyjnymi i zdolnościami produkcyjnymi. Dla bezpieczeństwa pojazdów elektrycznych, z wyłączeniem tych firm produkujących pojazdy elektryczne, które przekształciły się z"Old Tou Le" może skutecznie poprawić średni poziom bezpieczeństwa krajowych czysto elektrycznych pojazdów.
