الجانب الأمامي مع فترة تستغرق أربعة أيام، والوثائق المترجمة الأصلية من بطارية ليثيوم أيون للسيارات الكهربائية "الطاقة مواد التخزين على" آلية هارب الحرارية :. استعراض "، أول من العديد من كبرى Xuning فنغ الانتهاء من الأدب هنا نقطة.
1 بطارية ليثيوم الطاقة ، ونمو الطلب وكثافة الطاقة زيادة في نفس الوقت
لفترة طويلة في المستقبل ، مع زيادة كثافة طاقة البطارية ، سيظهر خطر الهروب الحراري اتجاهًا صعوديًا.
الشكل 1. إنتاج EV وطلب بطارية ليثيوم أيون للسيارات الكهربائية.
2. FIG خارطة الطريق نقية الكهربائية الليثيوم أيون بطارية السيارة: يتطلب حياة أطول وخطوط المحتملة أقل هي الاستقرار الحراري.
ويبين الشكل 2 EV، والهدف هو الوصول إلى ما لا يقل عن 2020 مع خريطة الطريق على مستوى بطارية ليثيوم أيون البطارية 300 واط · كغ-1، ويصل 200 واط · 1 كغ مستوى في البطارية، مما يدل على أن كهربائي يجوز تمديد نطاق الكلي للسيارة إلى 400 كم أو أكثر. لتحقيق هذا الهدف، والمواد الكاثود قد يصبح غنيا ني الكاثود NCM من LiFePO4 بطارية (LFP *) وLi'Ni1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3 'O2 (NCM111) كما LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622)، LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) يثيوم أو أكسيد المنغنيز الغنية، وما شابه ذلك، ومادة الأنود ربما إلى تغيير من الكربون (بما في ذلك الجرافيت C) لمزيج من سي و سي.
2 مراقبة سلامة المركبات الكهربائية بطارية الليثيوم من منظور الاحتمالية
من وجهة احتمال نظر، وبطاريات ليثيوم أيون الفشل الناجم عن النفس التي تحدث، ولكن على مستوى منخفض جدا من دائرة قصر الداخلية الناجمة عن النفس، كما دعا عفوية ماس كهربائى الداخلية، تعتبر من الأسباب المحتملة لفشل البطارية 787 (الجدول 2 حادث 4 و 5). لEV، ويمكن حساب معدل الفشل الناجم عن النفس على مستوى السيارة التي كتبها P = 1- (1-ع) ^ (بالمليون)، حيث يعتبر P م معدل فشل EV السيارات، EV حيث كل خلية تضم المجموعة بطاريات ن. تسلا موديل S كمثال، ن = 7104، على افتراض 18650 autoinducer نسبة الفشل الخلية هو 0.1 جزء في المليون أو ص، عندما يكون عدد من EV يساوي م = 10000، ومعدل الفشل P = 0.9992، مشيرا إلى أن نسبة الفشل ما يقرب من 10،000 من المنتجات مصممة مع غير مؤهلين. مقارنة مع السيارات التقليدية (في الولايات المتحدة، واشتعلت كل سيارة 000 10 7.6 قود النار من حادث إطلاق النار '13')، واحتمال وقوع حوادث ويبدو أن EV أقل من ذلك بكثير.
الاعتداء بطارية ليثيوم أيون 3 التي تحدث
الاعتداء الميكانيكية
قوة خارجية، خلايا بطارية الليثيوم، ومشوهة البطارية في أجزاء مختلفة من نزوحهم النسبي، الملامح الرئيسية لإساءة الميكانيكي الخارجي. لتشمل البطاريات الابتدائية شكل الاصطدام، وقذف وثقب. مع الأخذ بعين الاعتبار مستوى البطارية ، كما أننا بحاجة إلى النظر في مشاكل الاهتزاز.
عندما حادث سيارة، وتشوه من البطارية في البطارية من المرجح أن تحدث على وضع EV ردا على حزمة بطارية التخلص منها في التأثير خلال اصطدام '15' قد يسبب تشوه البطارية عواقب وخيمة: 1) وحدوث فاصل البطارية التي مزقتها الدائرة الداخلية قصيرة (ISC) ؛. 2) وربما يؤدي إلى تسرب سلوك الاحتراق بالكهرباء قذف قابل للاشتعال من البطارية يجب أن يكون دراسة متعددة النطاق من المستوى المادي، ومستوى الخلية إلى مستوى البطارية.
المواد تؤثر على الخواص الميكانيكية للمواد من كل من مغبة الميكانيكية الاعتداء، وخصت باستخدام مجموعة متنوعة من أساليب النمذجة الحاسوبية والمحاكاة للتنبؤ إساءة الميكانيكية ونظرا لسوء المعاملة الميكانيكية كثيرا ما يجلب داخل ماس كهربائى، ماس كهربائى الخارجية، تسرب المنحل بالكهرباء، وبالتالي تحقيق التأثيرات الحرارية عملية، وبالتالي فإن الحاسوب لمحاكاة الميكانيكية - الكهربائية - إنشاء نموذج الحراري اقتران، بطارية ليثيوم إساءة الميكانيكية في شكل نموذج أقرب إلى الواقع، ولكن أيضا هارب الحرارية التنبؤ حاجة ملحة للقيام جهاز محاكاة للشريك صغير قد ترغب في استكشاف في هذا الاتجاه. .
الاعتداء الميكانيكية، والأكثر خطورة ثقب مما لا شك فيه، يتم إدراج هيئة البطارية في الموصل، مما أسفر عن ماس كهربائى المباشرة الإيجابية والسلبية، والتصادم مقارنة قذف، ولكن احتمال حدوث ماس كهربائى، وتوليد الحرارة خلال ثقب أكثر حدة، مما تسبب في هروب حراري أعلى احتمال سابقا، ثقب يعتبر ISC وطرق الاختبار البديلة. ومع ذلك، يجري الطعن اختبار الوخز بالإبر التكرار من قبل الشركة المصنعة للبطارية. بعض الناس يعتقدون أن ارتفاع كثافة الطاقة بطارية ليثيوم أيون أبدا وفق المعايير لدغة اختبار. تحسين اختراق اختبار التكرار أو إيجاد طريقة الاختبار البديل لا يزال على الأسئلة البحثية المفتوحة وتحديا سلامة بطاريات ليثيوم أيون.
ومن الجدير بالذكر أنه في يناير من هذا العام بعد نشر المقال، المتصلة بتعاطي الميكانيكية معايير وطنية، وهو مشروع من القماش "السيارات الكهربائية باستخدام متطلبات السلامة بطارية ليثيوم أيون"، ومشروع، يوصي بتعليق "مونومر الوخز بالإبر 'اختبار ، ينبغي أن يكون هذا جزءا من "التغيير" المتوقع هو.
الاعتداء الكهربائية
الليثيوم إساءة الكهربائية، وهي عادة ما تتكون ماس الخارجية، فاحش، والإفراط في التفريغ من عدة أشكال، والأرجح أن تتطور إلى الهروب الحراري تنتمي إلى زيادة السعر.
ماس كهربائى الخارجية، عند وجود فارق الضغط اثنين من الموصلات خارج تشغيل الخلية على، حدوث ماس كهربائى الخارجية. قد يكون سبب ماس كهربائى الخارجية حزمة البطارية نتيجة لتشوه وتحطم السيارة، والفيضانات التلوث موصل أثناء الصيانة أو ما شابه ذلك من الصدمات الكهربائية. مقارنة مع ثقب، عموما، والحرارة الصادرة عن الخارجية دائرة قصر لا حرارة البطارية ماس كهربائي من الخارج إلى الهروب الحراري، هو جزء مهم من ارتفاع في درجة الحرارة المتوسطة عند إنشاء الحرارة عن ماس الخارجية لا يمكن أن تفرق جيدا، وكانت درجة حرارة البطارية عند ارتفاعها ، تؤدي درجة الحرارة المرتفعة إلى فرار حراري ، وبالتالي ، فإن قطع تيار الدائرة القصيرة أو تبديد الحرارة الزائدة هو طريقة لقمع الدائرة القصيرة الخارجية من مزيد من الضرر.
إن الشحن الزائد ، بسبب طاقته الكاملة ، هو أخطر أنواع الإساءة الكهربائية ، فتوليد الحرارة والغاز هما ميزتان شائعتان في عملية الشحن الزائد ، وتأتي الحرارة من الأوميكس والتفاعلات الجانبية ، أولاً ، بسبب الإدخال المفرط لليثيوم ، نمو الليثيوم التغصنات على سطح القطب الموجب. نقطة نمو التغصنات الليثيوم الانطلاق من الزمن، والتي تحددها نسبة متكافئة من الكاثود والأنود. بعد ذلك، السبب الليثيوم deintercalation المفرطة التدفئة نظرا لهيكل القطب السالب وانهيار إطلاق الأكسجين (NCA الإفراج الكاثود الأكسجين '38'). الافراج عن الأكسجين تسارع تحلل بالكهرباء، وكمية كبيرة من الغاز نتيجة لزيادة في الضغط الداخلي، ويفتح صمام العادم، استنفاد البطارية يبدأ. المادة الفعالة مع الهواء بعد الاتصال الخلية، تتفاعل صدر بعنف الكثير من الحرارة يمكن حماية الشحن الزائد من كل من إدارة الجهد وتعديل المواد.
الشكل 5. نتائج TR overcharged في بطاريات الليثيوم أيون التجارية.
كان Overdischarge، والجهد بين خلايا البطارية لا مفر منه. وبناء على ذلك، مرة واحدة فشل BMS رصدها لتحديد أي جهد الخلية الفردية، خلية لديها أدنى جهد سيتم تفريغها بشكل مفرط. الاعتداء Overdischarge وآليات أخرى أشكال مختلفة من سوء المعاملة، ويمكن التقليل من المخاطر المحتملة. خلال overdischarge، خلية بطارية لديها أدنى جهد قد تكون مرتبطة في سلسلة مع الخلايا الأخرى التفريغ القسري خلال التفريغ القسري، عكس القطب، والجهد خلية يصبح سلبيا ، والإفراط في التفريغ والتدفئة غير طبيعية. overdischarge الناجمة عن النقل النحاس أيون حله من خلال الغشاء يتكون من التشعبات النحاس وجود إمكانات أقل على الجانب الكاثود. مع استمرار النمو في الارتفاع، والتشعبات النحاس قد تخترق الفاصل، مما أدى إلى خطورة وISC.
6. FIG overdischarge، ماس كهربائى الداخلية الناجمة عن انحلال وترسب جامع الحالي النحاس التي تسببها
الاعتداء الحراري
قد يكون ارتفاع درجة الحرارة المحليين يحدث سوء المعاملة الحرارية النموذجية في البطارية. توجد نادرا مستقل حرارة الاعتداء وسوء الاستخدام في كثير من الأحيان وضعت من سوء المعاملة الكهربائية والميكانيكية، وهي موجبات مباشرة الجزء الأخير من الهروب الحراري. إلا بسبب الميكانيكية / الكهربائية إساءة معاملة إضافة الانهاك، قد يكون سبب ارتفاع درجة الحرارة عن طريق الاتصالات اتصال فضفاضة. تخفيف اتصال البطارية تم تأكيد. الاعتداء الحراري التناظرية هي معظم الحالات، واستخدام جهاز التدفئة بطارية السيطرة حاليا، من أجل مراقبة عملية التدفئة في رد فعل .
ماس كهربائى الداخلية
الدائرة الداخلية قصيرة، بطارية اتصال إيجابي وسلبي مباشر مع، بطبيعة الحال، بدرجات متفاوتة من رد فعل الاتصال التي يسببها قد تختلف أيضا الاعتداء الميكانيكي العام لاحقا على نطاق واسع بسبب الحرارة وISC الشامل يؤدي مباشرة TR. وفي المقابل، وضع ماس كهربائى الداخلية نفسها ومدى طفيفة نسبيا، فإنه يولد حرارة أقل، لن تؤدي على الفور TR معدل إطلاق الطاقة، فضلا عن كسر طول الفاصل من درجة من الوقت ISC TR يختلف. ويعتبر ISC لتنشأ عفويا في عملية التصنيع سوف تلوث أو العيوب. التلوث / عيب يستغرق عدة أيام أو حتى أشهر لوضع إلى عفوية ISC، عملية الحمل طويلة هي آليات معقدة للغاية.
8. FIG ثلاثة ماس كهربائى الداخلية.
4 نظرة عامة على سلسلة من ردود الفعل أثناء حراري هارب ورسومات إطلاق الطاقة
يمكن شرح TR من خلال آلية التفاعل المتسلسل هو مبين في الشكل 9 مرة واحدة وارتفاع درجة الحرارة غير طبيعية في ظل الظروف السيئة، وسوف يحدث تفاعل كيميائي من جانب واحد، وتشكيل سلسلة من ردود الفعل الحراري - درجة الحرارة - رد الفعل (على HTR) هو حلقة السبب الجذري لسلسلة من ردود الفعل. لتكون واضحة وحرارة غير طبيعية تجلب البطاريات ارتفاع درجة الحرارة، وتبدأ آثار جانبية، على سبيل المثال، SEI التحلل نائب رد فعل يطلق المزيد من الحرارة لتشكيل دورة HTR. HTR تداول حلقة في درجات حرارة عالية جدا حتى الكهرباء الخبرات الأساسية TR.
ويبين الشكل 9 استخدام آلية سلسلة من ردود الفعل أقطاب NCM / الجرافيت PE والطلاء السيراميك من الفاصل بطارية ليثيوم أيون في عملية TR '70'. وفي العملية برمتها من ارتفاع درجة الحرارة، والتحلل رد فعل SEI بين الأنود والكهارل، PE تذوب المصفوفة، وتحلل التحلل بالكهرباء وما شابه ذلك تحدث بالتسلسل NCM الكاثود. وبمجرد أن طلاء السيراميك انهيار الفاصل، وعدد كبير من داخلي دائرة قصر الإفراج الفوري من طاقة البطارية، والاحتراق قد يتسبب TR بالكهرباء. 9 فقط خلال آلية التفاعل المتسلسل TR FIG. التفسير الكمي: من أجل تحديد حلقة HTR للتفاعل المتسلسل ، فإن الديناميكا الحرارية الخاصة بمواد المكونات المختلفة تكون ضرورية.
آلية TR استنادا إلى استعراض السابق '33، 63، 71، نقترح يوضح TR سلسلة الفترة آلية، ويشار إلى إصدارها الطاقة في FIG. FIG وإطلاق الطاقة، وهي المرة الأولى في الأدب، للنظر كميا تطوير هارب الحراري عملية تحديد شروط الهرب الحراري.
الشكل 9. التفسير الكمي لسلسلة من ردود الفعل أثناء حراري هارب.
تم وصف الرسم البياني لتحرير الطاقة بالتفصيل كما يلي:
ميزات مفتاح LFP إلى تحلل بالكهرباء على سبيل المثال. درجة الحرارة المميزة التفاعل الكيميائي وتشمل التدفئة السلطة (Q)، وهو ما يمثل معدل إطلاق نار والمحتوى الحراري ([دلتا] ح)، والمحتوى الحراري رد فعل يمثل مجموع الطاقة المنطلقة أثناء. وتشمل درجة الحرارة المميزة الرد درجة الحرارة الظهور (Tonset)، ذروة درجات الحرارة (أ Tpeak) ودرجة الحرارة نهاية (تميل). X-محور FIG 10 هي درجة الحرارة مميزة، وبالتالي، يقع منطقة التفاعل داخل المنطقة في الاتجاه الأفقي. المنطقة على شكل تلة وجود اللون (LFP الأخضر ) يمثل LFP حركية الكيميائية والتحلل رد فعل بالكهرباء ويتم تحديد الجبال تشبه شكل فريد من حيث المساحة Tonset، Tpeak، تميل وQ .Q تحديد ارتفاع المنطقة على شكل تلة، وΔh تحديد الوضع الرأسي الجبل. وفقا للأسطورة، كل يمكن تصوير الحركية الكيميائية في الرسم البياني لإطلاق الطاقة في الشكل 10 ، حيث يمكن مقارنة حركية جميع عمليات التفاعل المختلفة.
وقد تم التأكيد على فرضية: FIG هذا الإصدار الطاقة هو 100٪ للبطارية، وتؤخذ تحلل من القطب الموجب والسالب SOC المواد إلى رد فعل تركيبة مع بالكهرباء.
الرقم 10. مخطط إطلاق الطاقة لبطارية ليثيوم أيون.
5 تحسين مقاومة البطارية إلى حر هارب
هارب الحرارية أثناء التفاعل الموجب الذي يحدث، رد فعل الكاثود الذي يحدث، كيف فاصل من تراجع في الذوبان، مما تسبب ضخمة ماس كهربائى الداخلية للحصول على مزيد من التفاصيل انظر (تابع، واصل من).
مناقشة كيفية منع الهروب الحراري له عواقب سيئة، من حيث تحسين سلامة المواد الكهربائي، بالكهرباء وفاصل ثلاثة عناصر رئيسية، يقدم مجموعة متنوعة من أساليب تعديل القطب، والمضافات بالكهرباء ونظام بالكهرباء الجديد، وكذلك الحجاب الحاجز أكثر أمنا النوع (تابع).
6 تقليل مخاطر الهروب الحراري
هنا أساسا من الهروب الحراري مراقبة انتشار زاوية. هناك مقال أمام "حزمة بطارية تصميم متانة، هل لاحظت أي وقت مضى على الاطلاق طريقة (المادة كاملة)"، والمشاركة في تصميم هيكلي للأمن، أغلبية ولكن أيضا من وجهة نظر الاتصالات لمنع القضايا هارب الحرارية للنظر في المادة الطاقة مواد التخزين "آلية هارب الحرارية من بطارية ليثيوم أيون للسيارات الكهربائية: الآراء". على الأسئلة المطروحة معينة حول هروب من الوقت ". أحد الركاب الوقت إخلاء السيارة أقل من 30 ثانية، وطول الفترة الزمنية للحافلة الاجلاء هو 12 مترا خمس دقائق، لذلك تأكد من تخصيص وقت للهروب، وهناك ليس من قبيل الصدفة ضمان أثناء حد ما، وحوصر الناس. ولذلك، TR شديد 5 لا يُسمح بالانتشار خلال دقائق. "يمكن استخدام هذا الرقم كمرجع كمي لأمان تصميم النظام لدينا.
7 ملخص
أجرت وثائق حول السيارات الكهربائية مراجعة شاملة مع بطارية ليثيوم أيون التجارية الساخنة من آلية مراقبة، عرض، ظاهرة هارب الحرارية الحالية، والبحث في أسباب واستراتيجيات المواجهة. التعسف، بما في ذلك الإساءة الميكانيكية، والاعتداء الكهربائية والاعتداء الحراري. ماس الداخلية هي كل الميزات من الشروط التعسفية الأكثر شيوعا. الحرارية هارب آلية سلسلة من ردود الفعل المتبعة في عملية رد فعل التحلل من المواد المكونة الخلية مكان واحد. ويقترح رد فعل على الطاقة في كل من حركية مكونات الخلية جديد إطلاق الطاقة الرسم البياني لشرح آلية التفاعل المتسلسل خلال هارب الحرارية. حالتين زيادة توضيح العلاقة بين ماس كهربائى الداخلية وهارب الحراري. وأخيرا، فإن مفاهيم حماية ثلاثة ليساعد على التقليل من خطر هارب الحرارية.
