Lithium-Ionen-Batterie thermal runaway die schwerwiegendsten Sicherheitsprobleme ist, thermal runaway oft schwerwiegende Folgen von Feuer begleitet, Rauch usw., für die Lithium-Ionen-Akku Benutzer das Leben und Eigentum Sicherheit eine große Bedrohung. Wir Lithium-Ionen-Batterie für Wärme Nachweis von runaway wird hauptsächlich basierend auf der Batterietemperatur, nach unserem derzeitigen Kenntnisstand in der Regel thermische Instabilität verursachen, da des mechanischen Missbrauchs, Missbrauch, eine große Menge von Wärme elektrisch kurzer Zeit führt, wird die Lithium-Ionen-Batterie durch thermische Diffusionsbedingungen, erhebliche Wärmemengen begrenzt in Lithium-Ionen-Batterie in der Ansammlung, wodurch eine Zersetzung des aktiven positiven Elektrodenmaterials, die Freisetzung von aktivem Sauerstoff, was oxidative Zersetzung des Elektrolyten zu fördern, erzeugt mehr Wärme, letztlich thermal runaway der Lithium-Ionen-Batterie, wir die Sicherheit für eine Lithium-Ionen-Batterie zu verursachen Die Steuerung basiert hauptsächlich auf der Temperaturüberwachung.
Normalerweise haben wir in einem Batteriepaket an dem Abschnitt der Zelle Widerstandstemperaturdetektor, einem Thermoelement, die Temperatur der Batterie in Echtzeit erfasst wird, wenn der anormale die Hauptversorgung unterbricht, um die Sicherheit der Batterie zu gewährleisten, sondern die Überwachung der aktuellen Temperatur der Lithium-Ionen-Batteriehaupt seine Oberflächentemperatur ermittelt wird, sondern aufgrund der Eigenschaften der Lithium-Ionen-Batteriestruktur, so dass die Wärmeleitfähigkeit in alle Richtungen sehr unterschiedlich ist, beispielsweise Untersuchungen über die thermischen Eigenschaften einer großformatigen rechteckigen Lithiumionenbatterie wie Thomas Grandjean University of Warwick gefunden, wenn 20Ah der LFP Batterieentladung 10C hoher Rate unterzogen wird, wenn die Richtung der Dicke der Temperaturdifferenz ℃ bis zu 20 sein kann, durch die Wärmeleitfähigkeit im Inneren der Batterie in erster Linie begrenzt, so wird die herkömmliche Messzelle Oberflächentemperatur, was es schwierig mit Lithium-Ionen in Echt reagieren Die interne Batterietemperatur, die Lücke zwischen den beiden kann in die Hunderte von Grad Celsius sein.
Auf wurden die oben genannten Probleme mit viel Aufwand zu lösen, beispielsweise Lithium-Ionen-Batterie auf, die während der Herstellung der Wärmebeständigkeitstemperatur, Thermoelement, durch bestimmte Mittel, die an der Außenseite der Batterie führen, aber die Nützlichkeit dieser Methoden hinzugefügt wird ist nicht sehr gut, da schwierig, die erste Einführung der Temperaturmessvorrichtung ist die Dichtigkeit der Batterie zu gewährleisten, werden einige Auswirkungen auf die Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterie negativ auf die Leistung der Batterie beeinflussen, gefolgt von Temperaturmesseinrichtungen, die Verbindungs elektrische benötigen, haben , so sind diese Methoden nur in der Phase der Labor, praktische Anwendung schwierig ist. Obwohl Alto Research Center der Vereinigten Staaten gibt und andere Verwendung zusammenklappbar Ajay Raghavan Fasergitter Druck im Inneren der Batterie vorgeschlagen, wird die Temperatur erfasst und die Dichtungsprobleme, aber die Technologie ist noch nicht ausgereift, sondern auch praktisch als die arme.
Um das Problem der Überwachung der interne Kerntemperatur der Lithium-Ionen-Batterie zu lösen, schlug die University of Texas in Arlington M. Parhizi, MB Ahmed, A. Jain gemeinsam ein Verfahren Lithium-Ionen-Batterien auf Basis der Lithium-Ionen-Batterie Kerntemperatur des thermischen Modells zur Vorhersage kann, was mit Hilfe des Modells durch die Kerntemperatur der Oberflächentemperatur der Lithium-Ionen-Batterie zu entnehmen, die uns besser helfen können, um Lithium-Ionen-Batterien, die das Risiko einer thermischen Instabilität reduziert zu überwachen.
Wir wissen Faktoren Lithium-Ionen-Batterie Kerntemperaturanstieg hat zwei Wirkungen: 1) die Rate der Wärmezellen, 2) Batterie thermal runaway Geschwindigkeit M. Parhizi Die Wärme in den thermischen Eigenschaften einer zylindrischen Batterie und eine Lithium-Ionen-Batterie Kinetik chemischer Reaktionen, ein Modell entwickelt, kann die Batterie Kerntemperatur zu verfolgen, desto mehr das Modell die Kerntemperatur der Batterie, die experimentelle Überprüfung des Modells im Einklang mit der tatsächlichen Situation ist sehr gut in Echtzeit verfolgt werden.
Unter Berücksichtigung durchgeführt, in, und im Innern der Batterie aus der Leitung, die gespeicherte Wärme kann die thermische Leitfähigkeit die folgende Gleichung erhalten werden,
Wo die Randbedingungen durch die folgende Gleichung gegeben sind, und wir nehmen an, dass wir die Temperatur T0 (t) zur Zeit t (gemessen) an der Oberfläche der Zelle (r = R) erhalten können.
Durch Lösung gefunden, die Gleichung, dass die Kerntemperatur der Batteriezelle durch die Geschwindigkeit der Wärmetemperatur T1 bestimmt wird (0, t) und T2 (0, t) durch die Oberflächentemperatur der Batterie bestimmt bestand, wie in der folgenden Gleichung gezeigt ist. Dementsprechend wollte Batterie Kerntemperaturdaten zu erhalten, müssen wir die thermischen Eigenschaften des Wärmeerzeugungsmodell der Batterie kennen und die Batterie. Thermo Modell, das wir berechnet werden kann Arrhenius-Gleichung, während die thermischen Eigenschaften der Batterieparameter wie Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität Daten können experimentell sein So können wir das obige Modell verwenden, um die Kerntemperatur der Batterie zu beobachten.
Tcore (t) = T1 (0, t) + T2 (0, t)
Um die oben beschriebenen Modell zu validieren, M.Parhizi 26650 eine speziell entwickelte Batterie durch Experimente überprüft werden. Die folgende Abbildung die Rate der Wärme Q0 zeigt konstant gehalten wird, Ea die Aktivierungsenergie ändert, Temperaturtrends durch die Modellanalyse vorhergesagt Vergleich mit den Testdaten, die in Fig werden kann vorhergesagten Ergebnissen gesehen durch eine gerade Modellvorhersageergebnis, die hohlen Punkte stellen die Daten für den Test aus den Testergebnissen dargestellt wird, und die tatsächliche Modelltest stimmen recht gut mit der maximalen Abweichung zwischen den beiden Nur etwa 1%.
Das Bild zeigt die Aktivierungsenergie Ea konstant gehalten wird, aber im Fall Weproduktionsrate Q0 geändert wird, sagt das Modell die Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung und die Ergebnisse von Vergleichstests, das gleiche Vorhersagemodell mit den experimentellen Ergebnissen überein recht gut mit der maximalen Abweichung von nur 1,2%.
Die obigen Tests zeigen, dass das Modell und die tatsächlichen Testergebnisse erfüllen M.Parhizi Design sehr gut ist, kann die Kerntemperatur in der Batterie mit hohen Genauigkeit vorhergesagt werden, wenn eine Lithium-Ionen-Batterie während thermal runaway Anstiegs der Kerntemperatur der Vorhersage, und wir müssen Die gesamte Wärme, die während des thermischen Durchbrennens erzeugt wird, wird berechnet.Die folgende Tabelle fasst die Wärme zusammen, die durch verschiedene Reaktioneninnerhalb der Lithium-Ionen-Batterie während des thermischen Durchgehensund deren Auslösetemperaturen erzeugt wird.
Die folgende Abbildung zeigt die Lithium-Ionen-Batterie Kerntemperatur (berechnet) und die Batterie Oberflächentemperaturkurve, können wir aus der Abbildung sehen, in den ersten 600s, die Batterie Oberflächentemperatur ist höher als seine Kerntemperatur, vor allem, weil die Batterie initial die relativ niedrige Temperatur, Wärme sein wird. jedoch mit dem Anstieg der Temperatur der Batterie erhöht sich die chemische Reaktion, die Wärmeleitung von dem Kern an die Oberfläche der Batterie, die Batteriekerntemperatur schneller steigt, die maximale Temperatur der Batterie Kern im Fall eines thermischen Runaway, zu Die höchste Oberflächentemperatur von 400 Grad Celsius.
Unterhalb 18650NMC (Li (Ni0.45 Mn0.45 Co0.10) O2) und die Kerntemperaturkurve der Batterieoberflächentemperatur während der thermischen Runaway aus der Figur, aufgrund der geringeren Vorheizen Produktionsgeschwindigkeit werden können zeigt, zu sehen ist, die Batterieoberflächentemperatur und die Kerntemperatur sehr nahe, aber wenn die Temperatur auf eine bestimmte Temperatur steigt, da mehr Teilreaktionen beginnen, wird die Wärmeerzeugungsrate stark erhöht, wurde die Kerntemperatur hochgefahren schnell auf 1000 ° C, weit höher Die Temperatur der Batterieoberfläche steigt an.
Abbildung einer Lithium-Ionen-Batterie unter verschiedenen thermischen Leitfähigkeitsbedingungen, die Batterie Kerntemperaturkurve, aus der Abbildung können wir feststellen, dass die Batterie Wärmeleitfähigkeit Änderung von 10%, die Kerntemperatur ändert sich von nur 2%, was zeigt, dass beide Es gibt keine starke Korrelation zwischen Abbildung b ist die Batterie mit unterschiedlicher spezifischer Wärmekapazität der Batteriekern Temperaturkurve, die Batterie spezifische Wärmekapazität Änderung von 10%, die Batteriekern Temperaturänderung von 7%, mit einer starken Korrelation Sex.
Die Kerntemperatur der Batterie thermal runaway wird Hunderte von Grad höher als die Oberflächentemperatur der Batterie auftritt, so dass die Batterie-Oberflächentemperatur und Temperaturänderungen können nicht genau in der Reaktion mit Lithium-Ionen-Batterien und M. Parhizi Dieses Vorhersagemodell entwickelt Kann anhand der Temperatur der Batterieoberfläche, der thermischen Eigenschaften der Batterie und der kinetischen Parameter der chemischen Reaktion die Kerntemperatur genau berechnen und vorhersagen. Das Verfahren erfordert keine Installation von Thermoelementen innerhalb der Batterie und erhöht nicht die Systemkomplexität. es hat eine sehr gute Aussicht auf Anwendung in der Praxis.
