Термическое убегание является самой серьезной проблемой безопасности для литий-ионных батарей, а термическое убегание часто сопровождается серьезными последствиями пожара и дыма, что создает значительную угрозу для жизни и безопасности имущества пользователей литиево-ионных аккумуляторов. Неконтролируемое обнаружение в основном основано на температуре батареи. Согласно нашим современным знаниям, причины термического утечки обычно вызваны механическим злоупотреблением и злоупотреблением электричеством, что приводит к большому количеству тепла за короткое время, ограниченному условиями термодиффузии литий-ионной батареи. Внутреннее накопление литий-ионной батареи, вызывающее положительное и отрицательное разложение активного материала, высвобождение активных форм кислорода, приводит также к разложению окисления электролита, что приводит к более высокой температуре и в конечном итоге приводит к литий-ионному аккумулятору с тепловой побежкой, поэтому мы литий-ионная аккумуляторная батарея Контроль также в основном основан на его мониторинге температуры.
Как правило, в аккумуляторной батарее мы будем учитывать термостойкость клеточной пасты, термопару, определение температуры батареи в реальном времени, в случае аномалий можно своевременно отключить питание, чтобы обеспечить безопасность батареи. Но текущий мониторинг температуры литиево-ионного аккумулятора в основном Является ли обнаружение температуры поверхности, но из-за характеристик литиево-ионной батареи структура делает ее теплопроводность во всех направлениях очень различной, например, Университет Warwick, Thomas Grandjean и другие большие квадратные литий-ионные аккумуляторы тепловых свойств Обнаружено, что максимальная разность температур батареи LFP 20Ah может достигать 20 ℃ в направлении толщины при скорости разряда 10C, которая в основном ограничена теплопроводностью внутри батареи. Поэтому традиционное измерение температуры поверхности батареи затрудняет по-настоящему реакцию ионов лития Внутренняя температура батареи, промежуток между ними может составлять сотни градусов Цельсия.
Например, в процессе производства литий-ионных батарей термопары, термопары и т. Д. Добавляются к внешней стороне батареи определенными средствами, но практичность этих методов Не очень хорошо, первый из-за введения оборудования для измерения температуры трудно защитить аккумуляторное уплотнение, производительность батареи будет иметь отрицательный эффект, а затем эти компоненты температуры требуют электрического соединения, безопасность литий-ионных батарей оказывает определенное влияние , Поэтому эти методы остаются только на лабораторной стадии, трудно практиковать. Хотя есть также Исследовательский центр Aalto Ajay Raghavan и т. Д., Предлагали использовать внутреннюю проверку давления и температуры Foldable Fibers, а также решить проблему герметизации, Однако эти технологии все еще незрелые, и их практичность по-прежнему относительно невелика.
Чтобы решить проблему мониторинга внутренней температуры ядра литий-ионных батарей, М. Пархизи, М.Б. Ахмед и А. Джайн из Техасского университета в Арлингтоне совместно предложили метод прогнозирования температуры ядра литий-ионной батареи на основе тепловой модели литий-ионной батареи , Метод может вывести свою температуру ядра с помощью модели через температуру поверхности литий-ионной батареи, что может помочь нам лучше контролировать литий-ионный аккумулятор и снизить риск термического утечки.
Мы знаем, что на основную температуру литиево-ионных батарей влияют два фактора: 1) скорость производства батареи; 2) теплопроводность батареи М. Пархизи. Согласно тепловым характеристикам цилиндрических батарей, литиево-ионных батарей и теплового бегства Химическая реакция кинетики, мы разрабатываем модель отслеживания температуры ядра батареи. Модель может отслеживать температуру ядра батареи в реальном времени. Экспериментальные результаты показывают, что модель находится в хорошем согласии с реальной ситуацией.
Принимая во внимание проводимость в и из батареи и внутреннюю генерацию, хранение тепла, вы можете получить следующую формулу теплопроводности
Где граничные условия даются следующим уравнением, и мы предполагаем, что мы можем получить температуру T0 (t) в момент времени t (измеренный) на поверхности ячейки (r = R).
Решая приведенное выше уравнение, можно видеть, что температура ядра батареи состоит из температуры T1 (0, t), определяемой скоростью производства тепла батареи, и T2 (0, t), определяемой температурой поверхности батареи, Чтобы получить данные о температуре активной зоны батареи, нам необходимо знать модель производства тепла батареи и тепловые характеристики батареи. Модель производства тепла Мы можем использовать формулу Аррениуса для расчета, а параметры тепловых характеристик батареи, такие как теплопроводность, удельная теплоемкость и другие данные, могут быть получены в результате экспериментов Таким образом, мы можем использовать вышеуказанную модель для наблюдения за температурой ядра батареи.
Tcore (t) = T1 (0, t) + T2 (0, t)
Для проверки эффективности вышеуказанной модели был проверен М.Пархизи с использованием специально разработанной батареи 26650. Следующий показатель - это постоянная скорость производства тепла Q0, энергия активации Ea изменяется в данных обстоятельствах, модель прогнозирует тенденцию повышения температуры По сравнению с экспериментальными данными прямая линия представляет собой результат предсказания модели, а полая точка представляет экспериментальные данные. Из рисунка видно, что результат предсказания модели хорошо согласуется с фактическим результатом теста, а максимальное отклонение между двумя Только около 1%.
На приведенном ниже графике показано сравнение прогнозируемой скорости нарастания температуры и результатов испытаний при условии сохранения постоянной энергии активации Ea, но скорость тепловыделения Q0. Тот же результат предсказания модели хорошо согласуется с результатами испытаний, а максимальное отклонение 1.2%.
Вышеприведенный тест показывает, что модель, разработанная М. Палхизи, хорошо согласуется с фактическими результатами испытаний и может с высокой точностью прогнозировать температуру ядра в батарее. При прогнозировании повышения температуры активной зоны во время теплового выхода литий-ионной батареи, Рассчитана общая теплота, вырабатываемая во время теплового выгорания. В следующей таблице суммируется тепло, вырабатываемое различными реакциями внутри литиево-ионной батареи во время теплового выгорания и их триггерных температур.
На следующем рисунке показана температура ядра литиево-ионной батареи (рассчитанная) и кривая температуры поверхности батареи, как видно из рисунка, в первые 600 секунд температура поверхности батареи выше, чем ее температура ядра, главным образом потому, что начальная батарея Температура низкая, поэтому теплопроводность от поверхности к сердечнику батареи. Но по мере повышения температуры батареи увеличивается тепло, генерируемое химической реакцией, температура ядра батареи начинает быстро расти, максимальная температура ядра батареи в случае теплового побега Самая высокая температура поверхности выше 400 градусов Цельсия.
На приведенном ниже графике показано изменение температуры сердцевины и температуры поверхности ячейки 18650 НМЦ (Li (Ni0,45Mn0,45Co0,10) O2) при тепловом убегании. Как видно из рисунка, из-за низкой начальной скорости нагрева, Температура ядра ячейки очень близка к температуре поверхности, но по мере повышения температуры до определенной температуры скорость производства тепла значительно возрастает по мере возникновения более побочных реакций, поэтому температура ядра быстро возрастает выше 1000 градусов Цельсия Температура поверхности батареи увеличивается.
Рисунок 1. Литиево-ионная батарея при различных условиях теплопроводности, кривая температуры активной зоны батареи, из рисунка видно, что изменение теплопроводности батареи составляет 10%, изменение температуры ядра составляет всего 2%, что показывает, что оба Не существует сильной корреляции между рисунком b - батарея с различной удельной теплоемкостью кривой температуры активной зоны батареи, изменение удельной теплоемкости батареи на 10%, изменение температуры ядра батареи 7%, с сильной корреляцией секс.
Температура в ядре ячейки составляет несколько сотен градусов по Цельсию над поверхностью ячейки в случае теплового убегания, поэтому изменения температуры на поверхности ячейки не точно отражают изменения температуры внутри ячейки. Прогностическая модель, разработанная М. Пархизи , Может точно рассчитать и предсказать температуру его сердечника с помощью температуры поверхности батареи, тепловых характеристик батареи и параметров кинетики химической реакции. Метод не требует установки таких устройств, как термопары внутри батареи, и не увеличивает сложность системы, поэтому, На практике имеет очень хорошие перспективы применения.
