Sikkerhetsproblemet med strømbatterier er oppsummert som "termisk runaway", det vilt etter å ha nådd en viss temperatur, blir den ukontrollerbar, temperaturen stiger lineært, og så brenner den og eksploderer. Overoppheting, overlading, intern kortslutning, kollisjon, etc. er flere nøkkelfaktorer som forårsaker termisk tom for strømbatterier.
(1) Overoppheting utløser termisk løpsk
Årsaken til overopphetingen av strømbatteriet kommer fra det urimelige batterivalget og termisk design, eller temperaturøkningen til batteriet forårsaket av den eksterne kortslutningen, løsningen av kabelkontakten, etc., som skal løses fra to aspekter av batteridesign og batteristyring.
Fra perspektivet av batterimaterialedesign kan materialer utvikles for å forhindre termisk løpsk og blokkere reaksjonen av termisk løpsk; fra batteristyringsperspektivet kan forskjellige temperaturområder forutsies for å definere forskjellige sikkerhetsnivåer, for å utføre hierarkiske alarmer.
(2) Overlading utløser termisk løpsk
Årets rene elektriske bussbrannhendelse skyldtes «termisk rømning utløst av overbelastning». Spesielt manglet batteristyringssystemet selv sikkerhetsfunksjonen til overbelastningskretsen, noe som førte til at batteriets BMS var ute av kontroll, men fortsatt ble ladet.
For denne typen overlading er løsningen å finne feilen på laderen først, som kan løses ved full redundans av laderen; For det andre er batteristyringen urimelig, for eksempel overvåkes ikke spenningen til hvert batteri.
Det er verdt å merke seg at etter hvert som batteriet eldes, vil konsistensen mellom batteriene bli verre og verre, og overbelastning er mer sannsynlig å oppstå på dette tidspunktet. Dette krever at du balanserer hele batteripakken for å opprettholde konsistensen i batteripakken.
For eksempel, en serietilkoblet batteripakke som vedtar den vanligste kombinasjonsmetoden for batteripakken "først parallelt og deretter i serie", etter å ha løst monomerkonsistensproblemet, er det beste tilfellet å ha samme kapasitet som den minste kapasiteten monomer. Med denne konsistensen har kapasiteten steget, og samtidig kan den forhindre overlading.
For å oppnå konsistens må det være en måte å estimere kapasiteten til hver celle. Ouyang Minggao foreslo at tilstanden til hele batteripakken kan estimeres basert på likheten til ladekurvene.
Med andre ord, så lenge ladekurven til en av enkeltcellene er kjent, bør de andre kurvene være lik den. Etter at kurven endres, kan de omtrent falle sammen, og disse forskjellene i løpet av kurveendringen er enkle å beregne. Ifølge en monomer kan andre monomerer beregnes. Med denne metoden kan den ovennevnte konsistensbalansen utføres. Selvfølgelig tar denne algoritmen for lang tid og må forenkles.
(3) Intern kortslutning utløser termisk runaway
Boeing 787 passasjerfly tok fyr på grunn av en batterieksplosjon. Ved søk etter årsaken til ulykken ble det funnet at det var metallobjekter på elektroden og membranen, noe som forårsaket en intern kortslutning. Selv om eksperter ikke kan 100% bekrefte at termisk runaway utløses av en intern kortslutning, er det den mest sannsynlige årsaken fordi det ikke er noen annen grunn, og den interne kortslutningen kan ikke "dukke opp".
Batteriproduksjon urenheter, metallpartikler, utvidelse og sammentrekning av ladning og utladning, litiumutvikling, etc. kan alle forårsake interne kortslutninger. Denne typen intern kortslutning skjer sakte, i svært lang tid, og det er ikke kjent når det vil være termisk ute av kontroll. Hvis testen utføres, kan verifiseringen ikke gjentas. For tiden har eksperter over hele verden ikke funnet en prosess som kan gjenta den interne kortslutningen forårsaket av urenheter, og de er alle under studier.
For å løse problemet med intern kortslutning, må vi først finne en batteriprodusent med god produktkvalitet, velg batteri- og battericellekapasitet; For det andre, gjør en sikkerhetsforutsigelse av den interne kortslutningen, og finn monomeren med intern kortslutning før termisk runaway oppstår.
Dette betyr at de karakteristiske parametrene til monomeren må bli funnet, og konsistensen kan startes først. Batteriet er inkonsekvent, og den interne motstanden er også inkonsekvent. Så lenge du finner monomeren med variasjon i midten, kan du skille den.
Spesielt er den tilsvarende kretsen til et normalt batteri og den tilsvarende kretsen til en mikrokortkrets, formen på ligningen faktisk den samme, bortsett fra at parametrene til den normale cellen og cellen med mikrokortkretsen har endret seg. Du kan studere disse parametrene og se noen av deres egenskaper i interne kortslutningsendringer.
En av egenskapene er den potensielle forskjellen i den indre kortslutningsmonomeren, og sammenligner den interne motstanden med andre monomerer. Ouyang Minggao foreslo at FoU-personell skulle bruke modeller for å identifisere monomerer. Etter å ha målt spenningen og strømmen til hver celle, ved hjelp av disse dataene og kombinert modellen, kan den interne motstanden til hver celle estimeres. Etter at alle parametrene til monomeren er estimert, i henhold til parametrenes endringer, kan det bedømmes om konsistensen har endret seg betydelig.
4) Mekanisk utløser termisk runaway
Kollisjon er en typisk mekanisk utløser for termisk løpsk. Teslas gjentatte brannulykker er årsaken til dette. Ouyang Minggao avslørte at Tsinghua University og MIT har jobbet sammen for å analysere Teslas kollisjon i USA. Hvis en kollisjonssimulering utføres i laboratoriet, er det nærmeste akupunktur.
Måten å løse den termiske rømningen utløst av kollisjon er å gjøre en god jobb med sikkerhetsbeskyttelsesdesign av batteriet. Dette krever at FoU-personell først forstår prosessen med termisk rømning.
Generelt sett, etter at termisk løpsk oppstår, vil den spre seg nedover. For eksempel, etter at varmen er ute av kontroll i første kvartal, vil det være varmeoverføring og begynne å spre seg, og da vil hele gruppen følge en etter en som kinaputter. For denne typen forplantning kan det etableres en modell, inkludert mellomtemperaturøkningshastigheten, varmegenereringen av kjemisk energi og elektrisk energi, og varmeoverføringskonveksjonen. Hele den termoelektriske koblingsmodellen kan brukes til en relatert kvantitativ analyse med et kalorimåler.
Med forplantningsmodellen kan FoU-personell designe hvordan man blokkerer og undertrykker, noe som krever varmeisolasjon. Det er imidlertid ikke enkelt å legge til et varmeisolerende lag. På den ene siden er volumet tykkere, og på den annen side er det varmeisolerende laget og kjølingen motstridende. Dette er alle problemer som må løses.
Kort sagt, når det gjelder termisk løpsk ekspansjon og undertrykkelse, bør FoU-personell starte fra to aspekter: sikkerhetsbeskyttelsesdesign og batteristyring.