एक चार दिन की अवधि के साथ सामने की ओर, बिजली के वाहनों "पर ऊर्जा भंडारण सामग्री '" थर्मल भगोड़ा तंत्र :. समीक्षा ", कई प्रमुख Xuning फेंग के पहले के लिए लिथियम आयन बैटरी के मूल अनुवाद किए गए दस्तावेज़ों के साथ साथ साहित्य परिष्करण अंक।
1 पावर लिथियम बैटरी, मांग वृद्धि और समानांतर में ऊर्जा घनत्व वृद्धि
भविष्य में लंबे समय तक, बैटरी की ऊर्जा घनत्व बढ़ जाती है, थर्मल भगोड़ा का खतरा बढ़ जाएगा
चित्रा 1. इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए EV उत्पादन और लिथियम आयन बैटरी की मांग।
चित्रा 2. लिथियम आयन बैटरी के विकास के लिए पूरी तरह से बिजली के वाहनों के लिए खाका: अब बैटरी जीवन और subtext की आवश्यकता कम तापीय स्थिरता के साथ एक सामग्री है।
चित्र 2 ईवी को दर्शाता है। लक्ष्य बैटरी 300 Wh · का एक लिथियम आयन बैटरी स्तर पर एक रोड मैप 2020 से कम नहीं तक पहुँचने के लिए है किलो -1, तक पहुँच जाता है 200 Wh · बैटरी पैक, जो कि बिजली इंगित करता है में किलो -1 स्तर LiFePO4 (LFP *) और Li'Ni1 / 3Co1 / 3Mn1 / 3 'ओ 2 (NCM111) से वाहन की कुल रेंज 400 किमी या उससे अधिक के लिए बढ़ाया जा सकता है। इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए, कैथोड सामग्री हो सकते अमीर नी कैथोड एनसीएम LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 (NCM622), LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (NCM811) ली या मैंगनीज युक्त ऑक्साइड और की तरह, और एनोड सामग्री के रूप में (ग्रेफाइट सी सहित) कार्बन से परिवर्तित करने की हो सकती है सी और सी का मिश्रण के लिए
2 संभावना के परिप्रेक्ष्य से लिथियम बैटरी इलेक्ट्रिक वाहनों की सुरक्षा का निरीक्षण करें
देखने की संभावना की दृष्टि से, लिथियम आयन बैटरी आत्म प्रेरित विफलताओं होने वाली हैं, लेकिन स्वयं प्रेरित आंतरिक शॉर्ट सर्किट का एक बहुत ही निम्न स्तर पर, यह भी सहज आंतरिक शॉर्ट सर्किट कहा जाता है, बैटरी 787 (तालिका 2 की विफलता के संभावित कारणों पर विचार कर रहे दुर्घटनाओं 4 और 5)। ईवी के लिए, वाहन-स्तरीय आत्म प्रेरित विफलता की दर पी = 1 - (1-पी) ^ (एमएन) द्वारा गणना की जा सकती है, जहां पी एम ईवीएस पर असफल रहने की दर है, जहां प्रत्येक EV बैटरी समूह,, यह मानते हुए 18,650 autoinducer सेल असफलता की दर 0.1 पीपीएम या पी है, ईवी की संख्या मीटर = 10,000 के बराबर है जब एक उदाहरण के रूप n बैटरियां शामिल हैं। टेस्ला मॉडल एस एन = 7104, असफलता की दर पी = 0.9992, यह दर्शाता है कि लगभग 10,000 उत्पादों की असफलता की दर परंपरागत कारों की तुलना में एक अयोग्य साथ डिजाइन किए हैं। (संयुक्त राज्य अमेरिका में, हर 10 000 7.6 ईंधन कार एक आग दुर्घटना '13' से आग लग), दुर्घटनाओं की संभावना ईवी होने लगते हैं कम अधिक
3 बिजली लिथियम आयन बैटरी का दुरुपयोग
मशीनरी का दुरुपयोग
एक बाहरी शक्ति, लिथियम बैटरी सेल, बैटरी पैक उनके रिश्तेदार विस्थापन, बाहरी यांत्रिक दुरुपयोग की मुख्य विशेषताएं इस के विभिन्न भागों में विकृत कर रहा है। के लिए प्राथमिक बैटरी एक टक्कर रूप है, बाहर निकालना और पंचर शामिल हैं। खाते में बैटरी पैक के स्तर ले रहा है , कंपन समस्याओं पर विचार करने की आवश्यकता है।
जब एक कार दुर्घटना, बैटरी पैक में बैटरी पैक के विकार एक बैटरी पैक '15' की एक टक्कर के दौरान प्रभाव में निपटाया के जवाब में ईवी मोड पर होने की संभावना है बैटरी पैक खतरनाक परिणामों की विकृति पैदा हो सकता है: 1) और एक बैटरी विभाजक की घटना फट गया आंतरिक शॉर्ट सर्किट (आईएससी); 2) ज्वलनशील इलेक्ट्रोलाइट्स और संभव प्रज्वलन का रिसाव। बैटरी पैक एक्सट्रूज़न व्यवहार का अध्ययन सामग्री स्तर, सेल स्तर से बैटरी पैक स्तर तक मल्टीस्केल अध्ययन की आवश्यकता है।
लेख दुरुपयोग के यांत्रिक परिणामों में से प्रत्येक से सामग्री के यांत्रिक गुणों को प्रभावित, और कंप्यूटर मॉडलिंग और अनुकार विधियों में से एक किस्म का उपयोग यांत्रिक दुरुपयोग की भविष्यवाणी करने में संक्षेप। यांत्रिक दुरुपयोग के कारण अक्सर शॉर्ट सर्किट, बाहरी शॉर्ट सर्किट, इलेक्ट्रोलाइट रिसाव के भीतर लाता है, और इस प्रकार थर्मल प्रभाव लाने के प्रक्रिया है, तो यांत्रिक के कंप्यूटर मॉडलिंग - विद्युत - थर्मल युग्मन मॉडल, मॉडल वास्तविकता के सबसे करीब के रूप में लिथियम बैटरी यांत्रिक दुरुपयोग, लेकिन यह भी थर्मल भगोड़ा एक छोटे साथी के एक कंप्यूटर सिमुलेशन करने के लिए इस दिशा में जानकारी प्राप्त करना चाहें तत्काल आवश्यकता का अनुमान है की स्थापना। ।
यांत्रिक दुरुपयोग, सबसे खतरनाक निस्संदेह puncturing, बैटरी शरीर कंडक्टर में डाला जाता है, सकारात्मक और नकारात्मक प्रत्यक्ष शॉर्ट सर्किट, जिसके परिणामस्वरूप टक्कर बाहर निकालना की तुलना में, लेकिन पंचर के दौरान एक शॉर्ट सर्किट की घटना, गर्मी पीढ़ी की संभावना अधिक गंभीर, थर्मल भगोड़ा के कारण उच्च संभावना पहले से, पंचर आईएससी एक वैकल्पिक परीक्षण तरीकों माना जाता है। हालांकि, एक्यूपंक्चर परीक्षण repeatability बैटरी निर्माता द्वारा चुनौती दी जा रही है। कुछ लोगों को मानक से लगता है कि उच्च ऊर्जा घनत्व लिथियम आयन बैटरी कभी नहीं डंक परीक्षण। में सुधार पैठ परीक्षण repeatability या एक वैकल्पिक परीक्षा पद्धति अभी भी एक खुला और चुनौतीपूर्ण अनुसंधान सवालों लिथियम आयन बैटरी की सुरक्षा है।
के बाद लेख, प्रकाशित किया गया था राष्ट्रीय मानकों के यांत्रिक दुरुपयोग से संबंधित, मसौदा "लिथियम आयन बैटरी सुरक्षा आवश्यकताओं, का उपयोग कर बिजली के वाहनों" कपड़े का एक मसौदा, निलंबन की सिफारिश इस साल जनवरी में उल्लेख है कि लायक है 'मोनोमर एक्यूपंक्चर' परीक्षण यह 'बदलाव' का हिस्सा होना चाहिए जो कि लेखक का मानना है।
विद्युत दुरुपयोग
लिथियम बैटरी का बिजली के दुरुपयोग में आम तौर पर बाहरी शॉर्ट सर्किट, ओवरचार्ज और अधिक निर्वहन शामिल होते हैं। इनमें से कई रूपों को थर्मल भगोड़ा में विकसित होने की संभावना है।
बाहरी शॉर्ट सर्किट, जब एक दबाव अंतर दो कंडक्टर के बाहर सेल चालू है मौजूद है, एक बाहरी शॉर्ट सर्किट होता है। बैटरी पैक के बाहरी शॉर्ट सर्किट, वाहन दुर्घटना के विकार के कारण कारण हो सकता है रखरखाव के दौरान कंडक्टर संदूषण या बिजली के झटके की तरह बाढ़। पंचर की तुलना में आम तौर पर, गर्मी बाहरी शॉर्ट सर्किट द्वारा जारी थर्मल भगोड़ा करने के लिए बाहर से बैटरी शॉर्ट सर्किट गर्मी नहीं करता है, अच्छी तरह से छितरी नहीं किया जा सकता मध्यवर्ती उच्च तापमान जब गर्मी एक बाहरी शॉर्ट सर्किट से उत्पन्न होता है का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है, बैटरी के तापमान था जैसे ही उगता है, उच्च तापमान तापीय भगोड़ा को ट्रिगर करता है। इसलिए, शॉर्ट सर्किट चालू करना या अतिरिक्त गर्मी को नष्ट करना बाहरी शॉर्ट सर्किट को और नुकसान से दबाने की एक विधि है।
पल्ला झुकना, अपनी पूरी ऊर्जा के कारण, दुरुपयोग उच्चतम विद्युत खतरा। गर्मी और पल्ला झुकना दो आम सुविधाओं के दौरान गैस से एक है। Ohmic गर्मी और पक्ष प्रतिक्रियाओं से उत्पन्न गर्मी। सबसे पहले, अत्यधिक लिथियम intercalation की वजह से, कैथोड संरचना और ऑक्सीजन रिलीज पतन की वजह से एनोड की सतह पर लिथियम डेन्ड्राइट वृद्धि। समय की लिथियम डेन्ड्राइट विकास प्रारंभिक बिंदु, कैथोड और एनोड। इसके बाद, लिथियम deintercalation कारण अत्यधिक हीटिंग की stoichiometric अनुपात द्वारा निर्धारित (एनसीए कैथोड ऑक्सीजन रिलीज '38')। ऑक्सीजन की रिहाई इलेक्ट्रोलाइट, आंतरिक दबाव में वृद्धि के कारण गैस की एक बड़ी राशि के अपघटन त्वरित, निकास वाल्व खुलता है, बैटरी निकास शुरू होता है। हवा के साथ सक्रिय सामग्री सेल संपर्क करने के बाद, हिंसक जारी की प्रतिक्रिया बहुत अधिक गर्मी। ओवरचार्ज संरक्षण दोनों वोल्टेज प्रबंधन और सामग्री समायोजन से किया जा सकता है।
चित्रा 5. वाणिज्यिक लिथियम आयन बैटरी में अतिभारित टीआर के परिणाम।
Overdischarge, बैटरी कोशिकाओं के बीच वोल्टेज अपरिहार्य थे। तदनुसार, एक बार निगरानी बीएमएस एकल कक्ष वोल्टेज के किसी भी निर्दिष्ट करने के लिए विफल रहा है, सेल सबसे कम वोल्टेज होने जरूरत से ज्यादा छुट्टी दे दी जाएगी। Overdischarge दुरुपयोग और अन्य तंत्र दुरुपयोग के विभिन्न रूपों, एक संभावित खतरा कम करके आंका जा सकता है। overdischarge दौरान, सबसे कम वोल्टेज होने बैटरी सेल मजबूर मुक्ति, ध्रुव उलट दौरान मजबूर मुक्ति अन्य कोशिकाओं के साथ श्रृंखला में जुड़े हुए किया जा सकता है, सेल वोल्टेज नकारात्मक हो जाता है , मुक्ति और असामान्य हीटिंग से अधिक। झिल्ली के माध्यम से भंग कर दिया तांबा आयन परिवहन की वजह से overdischarge तांबा डेन्ड्राइट का ही बना है और कैथोड पक्ष पर एक कम क्षमता है। के रूप में विकास वृद्धि जारी है, तांबा डेन्ड्राइट विभाजक घुसना सकता है, गंभीर है, जिसके परिणामस्वरूप आईएससी।
चित्रा 6. तांबे के वर्तमान कलेक्टरों के विघटन और बयान के कारण अधिशेष, आंतरिक शॉर्ट सर्किट
गर्म दुरुपयोग
स्थानीय गर्म होने ठेठ थर्मल दुरुपयोग बैटरी पैक में होता है हो सकता है। शायद ही कभी स्वतंत्र रूप से मौजूद दुरुपयोग गर्मी, दुरुपयोग अक्सर विद्युत और यांत्रिक दुरुपयोग से विकसित की है, और सीधे थर्मल भगोड़ा के अंतिम भाग से चलाता है। कारण को छोड़कर यांत्रिक / विद्युत गर्म होने के अलावा के दुरुपयोग, गर्म होने के आदेश प्रतिक्रिया में हीटिंग प्रक्रिया का पालन करने के लिए एक ढीला कनेक्शन संपर्कों की वजह से किया जा सकता है। बैटरी कनेक्शन ढीला पुष्टि की गई है। थर्मल दुरुपयोग अनुरूप वर्तमान में सबसे मामले में, एक हीटिंग बैटरी नियंत्रण उपकरण का उपयोग है, ।
आंतरिक शॉर्ट सर्किट
एक आंतरिक शॉर्ट सर्किट, के साथ निश्चित रूप से, संपर्क प्रेरित प्रतिक्रिया की डिग्री बदलती भी गर्मी और बड़े पैमाने पर आईएससी सीधे टी.आर. को गति प्रदान की वजह से व्यापक रूप से बाद में सामान्य यांत्रिक दुरुपयोग भिन्न हो सकते हैं बैटरी सकारात्मक और नकारात्मक सीधा संपर्क। इसके विपरीत, एक आंतरिक शॉर्ट सर्किट के ही विकास , कम डिग्री के लिए, यह थोड़ा गर्मी उत्पन्न करता है और तुरन्त टीआर को सक्रिय करता है। ऊर्जा रिलीज की दर डायाफ्राम टूटना की सीमा और आईएससी से टीआर तक की अवधि के साथ भिन्न होती है। स्वाभाविक आईएससी को विनिर्माण प्रक्रिया से प्राप्त माना जाता है प्रदूषण या दोष। प्रदूषण / दोषों को सहज आईएससी में विकसित करने के लिए दिन या महीने लगते हैं। लंबे समय तक ऊष्मायन के दौरान तंत्र काफी जटिल है।
चित्रा 8. चित्रा 8. तीन चरण आंतरिक शॉर्ट सर्किट
थर्मल भगोड़ा और ऊर्जा रिलीज आरेख के दौरान श्रृंखला प्रतिक्रियाओं का अवलोकन
टी.आर. एक श्रृंखला प्रतिक्रिया चित्र 9 में दिखाया तंत्र से समझाया जा सकता है एक बार अपमानजनक शर्तों के तहत असामान्य तापमान वृद्धि, एक रासायनिक प्रतिक्रिया एक के बाद हो जाएगा, एक थर्मल श्रृंखला प्रतिक्रिया बनाने - तापमान - प्रतिक्रिया (HTR) पाश है चेन रिएक्शन की जड़। स्पष्ट है कि, असामान्य गर्मी बैटरी तापमान वृद्धि, बिजली तक बहुत उच्च तापमान पर लाने शुरू कर दुष्प्रभाव, उदाहरण के लिए, एसईआई अपघटन वाइस प्रतिक्रिया HTR चक्र के रूप में अधिक गर्मी विज्ञप्ति। HTR परिसंचरण पाश मुख्य अनुभव टी.आर.
चित्रा 9 एक श्रृंखला प्रतिक्रिया तंत्र एनसीएम / ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड पीई और टी.आर. '70' की प्रक्रिया में लिथियम आयन बैटरी विभाजक के चीनी मिट्टी कोटिंग्स के उपयोग को दर्शाता है। तापमान वृद्धि की पूरी प्रक्रिया में, एनोड और इलेक्ट्रोलाइट के बीच एसईआई अपघटन प्रतिक्रिया, पीई केवल श्रृंखला प्रतिक्रिया तंत्र टी.आर. अंजीर के दौरान मैट्रिक्स, और इलेक्ट्रोलाइट अपघटन के अपघटन पिघल और की तरह क्रमिक रूप से एनसीएम कैथोड होते हैं। एक बार जब विभाजक पतन सिरेमिक कोटिंग, बैटरी शक्ति के आंतरिक शॉर्ट सर्किट तात्कालिक रिहाई की एक बड़ी संख्या, दहन इलेक्ट्रोलाइट टी.आर. हो सकती है। 9। गुणात्मक व्याख्या। मात्रात्मक HTR श्रृंखला प्रतिक्रिया पाश को समझाने के लिए, विभिन्न thermodynamically सामग्रियों के उत्पादन घटकों के बारे में आवश्यक है।
पिछले एक समीक्षा '33, 63, 71 ', हम प्रस्ताव के आधार पर टी.आर. तंत्र श्रृंखला तंत्र अवधि टी.आर. दिखाता है, के रूप में ऊर्जा मात्रात्मक थर्मल भगोड़ा के विकास पर विचार के लिए, ऊर्जा रिहाई, पहली बार साहित्य अंजीर। छवि में जारी किया गया है करने के लिए भेजा थर्मल पलायन शर्तों को परिभाषित करने की प्रक्रिया
थर्मल भगोड़ा दौरान 9. अंजीर गुणात्मक व्याख्या श्रृंखला प्रतिक्रिया।
ऊर्जा रिलीज आरेख को विस्तार से वर्णित किया गया है:
उदाहरण के लिए इलेक्ट्रोलाइट के अपघटन के लिए LFP प्रमुख विशेषताएं। विशेषता तापमान रासायनिक प्रतिक्रिया हीटिंग शक्ति (क्यू) है, जो गर्मी रिहाई दर और तापीय धारिता ([डेल्टा] ज) का प्रतिनिधित्व करता है में शामिल हैं, प्रतिक्रिया तापीय धारिता कुल ऊर्जा के दौरान जारी प्रतिनिधित्व करता है। विशेषता तापमान प्रतिक्रिया शामिल शुरुआत तापमान (Tonset), शिखर तापमान (एक Tpeak) और अंत तापमान (करते हैं)। अंजीर के X- अक्ष। 10 एक विशेषता तापमान, इसलिए, प्रतिक्रिया क्षेत्र एक क्षेत्र के भीतर क्षैतिज दिशा में स्थित है। पहाड़ी के आकार का क्षेत्र एक रंग होने (हरा LFP ), LFP रासायनिक गतिकी और अपघटन इलेक्ट्रोलाइट की प्रतिक्रिया का प्रतिनिधित्व करता है। पहाड़ जैसी आकृति विशिष्ट क्षेत्र से निर्धारित होता है Tonset, Tpeak करते हैं, और क्यू .Q पहाड़ी के आकार का क्षेत्र की ऊंचाई निर्धारित करने, और Δh पहाड़ की ऊर्ध्वाधर स्थिति निर्धारण करते हैं। पौराणिक कथा के अनुसार सभी रासायनिक कैनेटीक्स को चित्र 10 में ऊर्जा रिलीज आरेख में दर्शाया जा सकता है, जहां सभी विभिन्न प्रतिक्रिया प्रक्रियाओं की कैनेटीक्स की तुलना की जा सकती है।
यह एक आधार पर जोर देना जरूरी है: यह ऊर्जा रिलीज़ आरेख एक 100% एसओसी सेल के लिए है, और एनोड और कैथोड सामग्री का अपघटन इलेक्ट्रोलाइट के साथ संयोजन में माना जाता है।
चित्रा 10. एक लिथियम आयन बैटरी के ऊर्जा रिलीज आरेख।
5 थर्मल भगोड़ा के लिए बैटरी प्रतिरोध में सुधार
एनोड प्रतिक्रिया जो होता है, कैथोड प्रतिक्रिया जो होता है, कैसे एक से विभाजक पिघल मुकर, बड़े पैमाने पर आंतरिक शॉर्ट सर्किट के कारण के दौरान थर्मल भगोड़ा। विवरण देखने के लिए (जारी रखा, से जारी)।
चर्चा थर्मल भगोड़ा, बुरे परिणामों को लाने इलेक्ट्रोड सामग्री, इलेक्ट्रोलाइट और विभाजक तीन मुख्य घटक की सुरक्षा सुधार के मामले में रोकने के लिए कैसे, संशोधित इलेक्ट्रोड तरीकों, इलेक्ट्रोलाइट additives और नए इलेक्ट्रोलाइट प्रणाली की एक किस्म है, साथ ही सुरक्षित डायाफ्राम का परिचय प्रकार (निरंतर)
6 थर्मल भगोड़ा के खतरे को कम करें
यहाँ मुख्य रूप से प्रसार कोण नियंत्रण थर्मल भगोड़ा से। वहाँ के सामने एक लेख "बैटरी पैक डिजाइन मजबूती, क्या तुमने कभी बिल्कुल रास्ता (पूरा लेख) देखा है", सुरक्षा की संरचनात्मक डिजाइन में शामिल है, बहुमत लेकिन यह भी संचार पर विचार करने के लेख ऊर्जा भंडारण सामग्री थर्मल भगोड़ा मुद्दों को रोकने के लिए के नजरिए ' "इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए लिथियम आयन बैटरी के थर्मल भगोड़ा तंत्र: एक समीक्षा"। समय के भागने के बारे में एक विशेष उठाया सवाल पर' से। एक यात्री निकासी समय कार 30 सेकंड से भी कम समय, निकासी बस के लिए समय की लंबाई 12 मीटर की दूरी पांच मिनट है, तो बचने के लिए समय आरक्षित करने के लिए सुनिश्चित करें है, वहाँ कुछ हद दौरान कोई गारंटी नहीं दुर्घटना है, लोग फंस गए थे। इसलिए, गंभीर टी.आर. 5 इसे मिनटों में फैलाने की अनुमति नहीं है। 'यह संख्या हमारे सिस्टम डिज़ाइन सुरक्षा के लिए एक मात्रात्मक संदर्भ के रूप में सेवा कर सकती है।
7 सारांश
बिजली के वाहनों पर दस्तावेज़ एक गर्म वाणिज्यिक लिथियम आयन बैटरी नियंत्रण तंत्र से बाहर के साथ एक व्यापक समीक्षा का आयोजन किया, वर्तमान, थर्मल भगोड़ा घटना शुरू की, का कारण बनता है के लिए अनुसंधान और रणनीतियों परछती। दुर्व्यवहार, यांत्रिक दुरुपयोग, बिजली के दुरुपयोग और थर्मल दुरुपयोग भी शामिल है। एक आंतरिक शॉर्ट सर्किट है सभी सबसे आम अपमानजनक स्थिति की सुविधाओं। थर्मल भगोड़ा श्रृंखला प्रतिक्रिया तंत्र एक ही स्थान पर से एक सेल घटक सामग्री अपघटन प्रतिक्रिया करने की प्रक्रिया में पीछा किया। प्रतिक्रिया सेल घटकों काइनेटिक्स के सभी के एक ऊर्जा का प्रस्ताव है नई ऊर्जा रिलीज ग्राफ थर्मल भगोड़ा दौरान चेन रिएक्शन की व्यवस्था समझाने के लिए। दो मामलों आगे आंतरिक शॉर्ट सर्किट और थर्मल भगोड़ा के बीच के संबंध को स्पष्ट। अंत में, तीन सुरक्षा अवधारणाओं मदद करने के लिए थर्मल भगोड़ा के जोखिम को कम।
