Cum este fabricată bateria care nu se autoaprinde?
Acum câteva zile, CCTV's"Azi's Statement" coloana a raportat un accident de ardere spontană pe Samsung Note 4 în 2017, care a cauzat o fetiță de 4 ani să-și ardă fața. Telefoanele mobile ale lui Samsung&au fost chiar interzise să fie transportate în avioane din cauza problemelor de ardere spontană.
Dacă arderea spontană a bateriei unui telefon mobil de 3.500 mAh vă poate cauza răniri, atunci începând de la 16 kWh, consecințele arderii spontane a vehiculelor pur electrice cu maxim peste 80 kWh vor fi și mai groaznice.
Cu toate acestea, accidentul bateriei lui Tesla pare să nu fi fost întrerupt. Un presupus accident de incendiu al bateriei Tesla Model S a fost găsit și mai devreme în Hong Kong. Mașina a aterizat în septembrie 2015.
Privind înapoi la accidentele recente, modelele erau practic modelul S de prima generație care a fost scos pe piață în 2013-2015, iar durata de viață a bateriei a fost de peste 4-6 ani.
& quot;prima ardere" Model S a apărut în octombrie 2013 - când conducea un Model S, șasiul a lovit un obiect ascuțit. Atunci mașina a dat o alarmă și proprietarul a abandonat vehiculul și a fugit. După 20 de minute, vehiculul a început să ardă, Model S Cadrul a fost ars.
De fapt,"Prima ardere" a dezvăluit vag consecințele teribile ale arderii spontane a unor astfel de baterii cu litiu de capacitate mare, iar motivul de bază constă în încărcarea rapidă și eliberarea rapidă a bateriilor cu litiu, care nu numai că provoacă daune mari bateriei, ci afectează și gestionarea termică a bateriilor. baterie. Cerințele sunt foarte mari, iar Model S corespunde perfect celor două puncte de mai sus.
Siguranța bateriei este o condiție prealabilă majoră pentru ca noi să ne bucurăm de viața convenabilă oferită de electrificare. Pentru a asigura siguranța bateriilor vehiculelor electrice, indiferent de țară, producătorii de baterii sau producătorii de mașini au depus multă muncă în acest sens.
Ce tipuri de baterii electrice sunt utilizate în prezent și cum țara, OEM-urile și producătorii de baterii de putere asigură siguranța bateriei vehiculelor electrice? această viață.
Alimentați bateria astăzi
După ani de dezvoltare, vehiculele pur electrice și vehiculele hibride au dus la o explozie completă în 2018. Răspunsul pe piața bateriilor de putere este creșterea continuă a livrărilor de baterii de putere.
Cum este fabricată bateria care nu se autoaprinde?
Livrările de baterii de energie electrică în primele 10 luni ale anului 2018 au depășit-o pe cele din 2017, cu o creștere anuală de peste 84%, iar puterea totală instalată a ajuns la 56,89 GWh.
Odată cu lansarea continuă de noi modele energetice de la vechii producători OEM în 2019 și livrarea de noi companii de mașini electrice, este de așteptat ca acest număr să continue să crească în 2019.
În prezent, principalele baterii utilizate în vehiculele cu energie nouă de pe piață sunt cele mai utilizate baterii cu litiu ternar, bateriile cu litiu fier fosfat sigure și stabile și bateriile exclusive Toyota'hidrură metalică.
Comparând vehiculele electrice înainte de 2017, se poate constata că densitatea energetică a bateriilor de putere a crescut de la 103,3Wh/kg la 142,4Wh/kg, iar țara și-a stabilit un obiectiv de 300kWh/kg până în 2020. Motivul fundamental pentru un astfel de creșterea uriașă a densității energetice a bateriilor de putere constă în aplicarea largă a bateriilor ternare cu litiu.
Vehiculele care utilizează baterii ternare cu litiu includ modelul 3, Corolla e+, BYD Yuan EV și multe alte modele de energie noi.
Cum este fabricată bateria care nu se autoaprinde?
Avantajul litiului ternar constă în densitatea sa ridicată de energie. În prezent, cele mai avansate baterii Tesla și Panasonic pot ajunge la aproape 300kWh/kg, în timp ce CATL și BYD pot ajunge în prezent la 200kWh/kg. În prezent, materialele bateriilor ternare cu litiu au încă mult loc de îmbunătățire. . Cu toate acestea, performanța de siguranță și ciclul bateriei nu sunt la fel de bune ca bateriile cu fosfat de litiu și fier și sunt interzise de către stat să fie folosite pe vehiculele de pasageri.
Cota de piață a doua după litiu ternar o reprezintă bateriile cu litiu fosfat de fier. Datorită performanței remarcabile în materie de siguranță, acestea sunt utilizate în principal în vehiculele comerciale. În prezent, autobuzele electrice care circulă pe străzi folosesc în principal baterii cu litiu fosfat de fier.
În comparație cu bateriile cu litiu ternare, volatilizarea electroliților are loc la 200 de grade Celsius, care este predispusă la arderea spontană. Bateriile cu litiu fier fosfat vor avea această problemă doar la 800 de grade Celsius. Cu toate acestea, BYD, care are cea mai mare densitate a bateriei în prezent, poate ajunge doar la 150 kWh/h. Seria BYD Dynasty, care folosea baterii cu litiu fosfat de fier, a trecut, de asemenea, la baterii cu litiu ternare.
Acum că densitatea de energie a bateriilor cu litiu și fier fosfat este aproape de limita teoretică, nu există prea mult loc de îmbunătățire. Mai mult, capacitatea va fi redusă cu mai puțin de 20% după încărcarea de 100 de ori sub -10 grade și practic este dificil de utilizat în medii reci.
În ceea ce privește bateriile exclusive de nichel-metal hidrură Toyota', deși siguranța și fiabilitatea au fost testate de mulți ani, nu au avut loc accidente de siguranță a bateriei după atâția ani de utilizare. Cu toate acestea, Toyota a creat prea multe bariere de brevet în acest sens, ceea ce face dificilă utilizarea altor producători.
Timpul de ciclu al bateriilor Ni-MH este foarte mic și sunt posibile doar cicluri de încărcare scăzută și descărcare scăzută. Toyota Prius menține bateria la o capacitate de 40% până la 60%. În plus, densitatea de energie este chiar mai mică decât cea a bateriilor cu litiu fosfat de fier, deci nu poate fi folosită în modelele hibride și modelele electrice pur. Modelele hibride Toyota' și modelele electrice pure folosesc, de asemenea, baterii ternare cu litiu.
Bazându-se pe cota extinsă de piață a bateriilor cu litiu ternare și a bateriilor cu litiu fier fosfat, livrările CATL în 2018 le-au depășit pe cele ale Panasonic, care s-au bazat pe Tesla și Toyota și pe alte modele hibride pur electrice, și BYD, care furnizează în principal propriile modele. Aspirând să fie campionul expedițiilor, cu o cotă de piață de 41,3% pe piața internă.
Cu toate acestea, în ceea ce privește densitatea energiei și costul, acestea sunt încă dezavantajate în comparație cu Panasonic, LG și alte baterii japoneze și coreene. Dacă piața actuală poate fi menținută după reducerea subvențiilor este încă un semn de întrebare. Desigur, în calitate de partener al BMW în baterie, cred că CATL are suficientă putere pentru a dezvolta produse cu prețuri mai mici și produse mai bune.
Cum ard bateriile cu litiu-ion
Ei bine, după ce am vorbit despre clasificarea bateriilor de putere și trecut și prezent, acum să vorbesc despre bateria cu litiu cu cea mai mare cotă de piață, de ce este atât de ușor să ia foc.
Sursa incendiului bateriei cu litiu este fuga termică.
Principalele motive pentru supraîncălzirea și arderea spontană a bateriilor cu litiu sunt interne și externe. Cauza internă este în principal îmbătrânirea bateriei, iar cauzele externe sunt în principal: perforarea, coliziunea, scurtcircuitul, supraîncălzirea externă și descărcarea și supraîncărcarea de mare putere.
Bateriile cu litiu constau dintr-un electrod pozitiv, un electrod negativ și un separator care permite doar trecerea ionilor de litiu. Bateria emite căldură în timpul funcționării. Când temperatura crește la o anumită temperatură, diafragma se va închide termic, împiedicând trecerea ionilor de litiu, izolând electrozii pozitivi și negativi ai bateriei, oprind reacția și împiedicând supraîncălzirea bateriei.
Cu toate acestea, diafragma se va rupe după o anumită temperatură și își va pierde efectul protector. Când căldura externă provoacă ruperea diafragmei sau deteriorarea fizică, cum ar fi perforarea sau coliziunea, sau chiar cristalul de ioni de litiu format de electrodul negativ îmbătrânit perfora diafragma, diafragma nu va putea izola electrozii pozitivi și negativi și un va avea loc un scurtcircuit intern în baterie.
Din cauza scurtcircuitului intern, bateria are o zonă mare de contact între electrozii pozitivi și negativi și reacționează violent, eliberând multă căldură, iar acest proces continuă să se intensifice, iar temperatura continuă să crească.
Electrolitul folosit în bateriile cu litiu nu este stabil la temperaturi ridicate. Pe lângă volatilizarea la temperaturi ridicate, formarea de gaz va determina extinderea și ruperea bateriei, ceea ce intensifică scurtcircuitul intern. După atingerea unei anumite temperaturi, vor avea loc o serie de reacții de descompunere și o cantitate mare de căldură, această căldură va face ca reacția să se intensifice și în cele din urmă să producă efectul de auto-încălzire.
Atunci când o baterie cu litiu are un scurtcircuit intern din diverse motive, căldura degajată poate provoca o reacție în lanț a bateriei rămase, care va duce în cele din urmă la o suprafață mare de evaporare termică.
Electrolitul folosit în bateriile cu litiu este un solvent organic volatil și inflamabil, care poate fi aprins sub evadare termică. Ceea ce a apărut în cele din urmă a fost la fel ca în mai multe accidente de ardere spontană Model S. O cantitate mare de fum a fost degajată brusc, iar focul s-a aprins într-o perioadă scurtă de timp, iar focul a fost greu de stins.
Standardele naționale obligatorii asigură siguranța
Întrucât există probleme cu bateriile cu litiu, pentru a asigura utilizarea în siguranță a bateriilor cu litiu în vehiculele de pasageri, statul a stabilit două seturi de standarde stricte obligatorii pentru bateriile și acumulatorii pentru autoturisme, inclusiv țările de sistem, cu testul de siguranță 16 și 10. articole, respectiv. Toate testele trebuie trecute în același timp, iar vehiculele electrice care îndeplinesc cele două standarde naționale pot fi comercializate pentru a satisface consumatorii.
Toate testele sunt efectuate cu condiția ca bateria să fie complet încărcată. Câteva dintre teste sunt mai violente. Regizorul va vorbi despre asta în detaliu și va lăsa pe toată lumea să simtă strictitatea acestui standard.
Testul de acupunctura consta in folosirea unui ac de otel cu diametrul de 6-8mm pentru a perfora vertical cu o viteza de 25mm/s si a patrunde cel putin trei baterii, iar acul de otel ramane in baterie. Observați timp de o oră fără explozie, ardere sau incendiu.
Testul de încălzire este să crească la 130 de grade cu o rată de 5 grade Celsius pe minut și să o păstreze timp de 30 de minute. După oprirea încălzirii, observați timp de o oră că nu poate apărea nicio explozie, ardere sau incendiu.
Testul ciclului de temperatură este de a regla temperatura în funcție de temperatura și durata tabelului de mai sus, ciclul de 5 ori și observați timp de o oră după aceea, dar încă nu există nicio explozie, ardere sau incendiu.
Există și un test de incendiu extern. Se folosește un bazin de păcură mai mare decât sistemul de baterii. Bateria este expusă direct la 50 cm deasupra brazierului. Flacăra arde bateria direct timp de 70 de secunde, iar apoi placa de acoperire este adăugată timp de 60 de secunde sau direct. Continuați să ardeți timp de 60 de secunde. Dacă bateria are o flacără după ce a părăsit sursa de incendiu, va dura mai puțin de 2 minute pentru a se stinge. Observați timp de 2 ore, nu ar trebui să existe explozie, ardere sau incendiu.
De fapt, după aceste teste standard stricte, probabilitatea de aprindere spontană a bateriilor de putere a vehiculelor electrice nu este mai mare decât cea a vehiculelor cu combustibil. Pentru vehiculele pur electrice sau vehiculele hibride produse și vândute de producători OEM puternici, toată lumea poate fi sigură în ceea ce privește siguranța. .
Îmbunătățirea continuă a performanței în siguranță
Pe lângă performanțele de siguranță prevăzute de standardele naționale obligatorii ale bateriei în sine, pentru a asigura siguranța bateriei de putere a vehiculului, există multe alte echipamente care să asigure siguranța acestuia.
De exemplu, după ce Tesla a fost ars de o baterie perforată în 2013, Tesla a reproiectat dispozitivul extern de protecție al bateriei.
Utilizarea aliajelor de aluminiu și a materialelor de titan pentru a crea o deviere"scut" poate nu numai să protejeze împotriva impacturilor frontale, ci și să devieze unele obiecte stropite sau perforate, ceea ce reduce foarte mult probabilitatea ca bateria să fie perforată și lovită din exterior.
Un alt dispozitiv important pentru a evita supraîncălzirea bateriei este algoritmul de gestionare a energiei BMS al sistemului de alimentare. Un algoritm eficient de gestionare a energiei poate evita în mod eficient apariția supraîncărcării. Deoarece puterea bateriei nu poate fi detectată direct, aceasta poate fi estimată doar în funcție de curent și tensiune. Când strategia de gestionare a energiei este greșită din cauza vremii și a altor motive, este ușor să provocați supraîncărcare.
Supraîncărcarea face ca electrodul pozitiv al bateriei să se dizolve, electrolitul se oxidează și se descompune, bateria se încălzește și se umflă și se rupe și în cele din urmă ia foc.
Acum diferite echipe din întreaga lume studiază algoritmi mai avansați și mai eficienți de gestionare a energiei. Un algoritm excelent de gestionare a energiei poate nu numai să detecteze la timp supraîncărcarea bateriei pentru a evita supraîncălzirea, ci și să recunoască dacă apare un scurtcircuit intern, să emită avertismente personalului vehiculului și să îndrume personalul să scape rapid.
Poate chiar să reducă temperatura părții interne de scurtcircuit prin sistemul activ de disipare a căldurii și, în cele din urmă, să realizeze controlul temperaturii înainte de fuga termică.
Desigur, o altă modalitate este de a folosi o strategie activă de control al temperaturii, folosind un sistem de circulație răcit cu lichid pentru a împacheta acumulatorul. Nu numai că poate evita supraîncărcarea și supradescărcarea cauzate de temperatura prea mare sau prea scăzută a bateriei, dar și menținerea bateriei într-un interval de temperatură adecvat, menținând încărcarea bateriei la cea mai bună temperatură și obținând cel mai bun efect de încărcare rapidă.
Diafragma bateriei tradiționale cu litiu folosește o singură polietilenă sau polipropilenă, iar diafragma va fi deteriorată atunci când temperatura depășește 135 de grade și există pericolul arderii spontane. Noua baterie folosește o diafragmă compozită polipropilenă-polietilenă-polipropilenă, care poate menține în continuare funcția de blocare a diafragmei la temperaturi mai ridicate.
În plus, electrolitul din bateriile tradiționale se descompune la temperaturi ridicate, generând o cantitate mare de gaz și căldură, și are loc evadarea termică. Prin adăugarea de ignifug de ester fosfat la electrolit, reacția poate fi întreruptă eficient și reacția de ardere poate fi organizată.
Există multe mai multe dintre aceste măsuri diferite și se îmbunătățesc constant pe baza feedback-ului utilizatorilor și a rezultatelor testelor. Siguranța vehiculelor electrice nu va rămâne în urmă cu cea a vehiculelor cu combustibil din cauza modificărilor aduse sistemului de alimentare.
Ca direcție de dezvoltare viitoare, există multe companii diferite și diferite echipe tehnice care contribuie în mod constant la performanța de siguranță a vehiculelor electrice. Siguranța actuală a vehiculelor cu combustibil a fost, de asemenea, rezumată și îmbunătățită în diferite accidente. În viitor, pe măsură ce vehiculele electrice apar mai mult în viața noastră, siguranța vehiculelor electrice va fi cu siguranță îmbunătățită.
Directorul are ceva de spus
Siguranța bateriilor cu litiu pentru vehiculele electrice nu este scăzută și se îmbunătățește pas cu pas.
Fiind un nou tip de vehicul, consumatorii nu au niciun motiv să ceară standarde mai ridicate pentru vehiculele electrice decât vehiculele cu combustibil. În același timp, ar trebui să privim vehiculele electrice dintr-o perspectivă de dezvoltare, în loc să le criticăm orbește dintr-o perspectivă conservatoare.
Unii oameni spun că cea mai proastă mașină la care se poate gândi este o mașină pur electrică domestică. Tot ce pot spune despre asta este că atunci când a început industria auto, nu se credea că mașinile ar putea înlocui trăsurile trase de cai.
Tesla nu s-a descurcat foarte bine din punct de vedere al siguranței din motive precum a fi prea agresiv. Cele peste 7000 de baterii 18650 încărcate cu Model S sunt pur și simplu un coșmar pentru sistemul de management al energiei. Dar nu putem nega vehiculele electrice din această cauză. De pe piața actuală, tehnologia de siguranță a bateriei vehiculelor electrice a depășit cu mult aceste 18650 de pachete de baterii.
Scăderea subvențiilor pentru energie nouă în 2019 este o veste proastă pentru industria vehiculelor cu energie nouă, deoarece avantajul prețului vehiculelor cu combustibil nu mai este evident. Dar dintr-o altă perspectivă, poate promova și vehicule cu energie nouă.
În trecut, multe companii care trăiau din subvenții puteau fi eliminate doar de piață, iar restul erau companii cu capacități suficiente R&am;D, capacități de producție și capacități de producție. Pentru siguranța vehiculelor electrice, excluzând aceste companii de vehicule electrice care s-au transformat din"Old Tou Le" poate îmbunătăți în mod eficient nivelul mediu de siguranță al vehiculelor electrice pure interne.
