Ako sa vyrába samozápalná batéria?
Pred niekoľkými dňami CCTV's"Today's Statement" stĺpec oznámil nehodu samovznietenia na Samsung Note 4 v roku 2017, ktorá spôsobila, že si 4-ročné dievča popálilo tvár. Mobilné telefóny Samsung&č. 39 bolo dokonca zakázané nosiť v lietadlách kvôli problémom so samovznietením.
Ak vám samovznietenie batérie mobilného telefónu s kapacitou 3 500 mAh môže spôsobiť zranenie, potom od 16 kWh budú následky samovznietenia čisto elektrických vozidiel s maximom nad 80 kWh ešte hroznejšie.
Zdá sa však, že nehoda batérie Tesly nebola prerušená. V Hongkongu sa už dávnejšie zistilo aj podozrenie z požiaru batérie Tesly Model S. Vozidlo pristálo v septembri 2015.
Pri spätnom pohľade na nedávne nehody išlo v podstate o modely prvej generácie Model S, ktorý bol uvedený na trh v rokoch 2013-2015 a životnosť batérie bola viac ako 4-6 rokov.
& quot;prvé spálenie" Model S sa objavil v októbri 2013 – keď jazdil Model S, podvozok narazil do ostrého predmetu. Potom vozidlo spustilo poplach a majiteľ vozidlo opustil a ušiel. Po 20 minútach začalo vozidlo horieť, Model S Rám bol spálený.
V skutočnosti"First Burn" nejasne odhalil strašné následky samovznietenia takýchto veľkokapacitných lítiových batérií a základný dôvod spočíva v rýchlom nabíjaní a rýchlom uvoľnení lítiových batérií, ktoré nielenže spôsobuje veľké poškodenie batérie, ale ovplyvňuje aj tepelné hospodárenie batérie. batérie. Požiadavky sú veľmi vysoké a Model S dokonale zodpovedá vyššie uvedeným dvom bodom.
Bezpečnosť batérie je hlavným predpokladom toho, aby sme si mohli užívať pohodlný život, ktorý prináša elektrifikácia. Aby sa zaistila bezpečnosť batérií elektrických vozidiel, bez ohľadu na krajinu, výrobcovia batérií alebo výrobcovia automobilov pre to urobili veľa práce.
Aké druhy napájacích batérií sa dnes používajú a ako krajiny, OEM a výrobcovia napájacích batérií zabezpečujú bezpečnosť batérií elektrických vozidiel? tento život.
Dnešná batéria
Po rokoch vývoja priniesli čisto elektrické a hybridné vozidlá v roku 2018 úplnú explóziu. Reakciou na trhu s napájacími batériami je neustály nárast dodávok napájacích batérií.
Ako sa vyrába samozápalná batéria?
Dodávky napájacích batérií za prvých 10 mesiacov roku 2018 prekonali rok 2017 s medziročným nárastom o viac ako 84 % a celkový inštalovaný výkon dosiahol 56,89 GWh.
Očakáva sa, že s neustálym uvádzaním nových energetických modelov od starých výrobcov OEM v roku 2019 a dodávaním nových automobilových spoločností s elektrickým pohonom bude tento počet v roku 2019 naďalej rásť.
V súčasnosti sú hlavnými batériami používanými v nových energetických vozidlách na trhu najpoužívanejšie ternárne lítiové batérie, bezpečné a stabilné lítium-železofosfátové batérie a exkluzívne nikel-metal hydridové batérie Toyota'.
Pri porovnaní elektrických vozidiel pred rokom 2017 možno zistiť, že energetická hustota napájacích batérií vzrástla zo 103,3 Wh/kg na 142,4 Wh/kg a krajina si stanovila cieľ 300 kWh/kg do roku 2020. Základným dôvodom je obrovský nárast hustoty energie napájacích batérií spočíva v širokom použití ternárnych lítiových batérií.
Vozidlá využívajúce ternárne lítiové batérie zahŕňajú model 3, Corolla e+, BYD Yuan EV a mnoho ďalších bežných nových energetických modelov.
Ako sa vyrába samozápalná batéria?
Výhoda ternárneho lítia spočíva v jeho vysokej hustote energie. V súčasnosti môžu najpokročilejšie batérie Tesla a Panasonic dosahovať takmer 300 kWh/kg, zatiaľ čo CATL a BYD môžu v súčasnosti dosiahnuť 200 kWh/kg. V súčasnosti majú ternárne materiály lítiových batérií stále veľký priestor na zlepšenie. . Bezpečnosť a cyklus batérie však nie sú také dobré ako u lítium-železofosfátových batérií a štát ich zakazuje používať v osobných vozidlách.
Podiel na trhu na druhom mieste za ternárnym lítiom sú lítium-železofosfátové batérie. Kvôli ich vynikajúcej bezpečnosti sa používajú hlavne v úžitkových vozidlách. Elektrobusy, ktoré jazdia po uliciach, v súčasnosti využívajú najmä lítium-železofosfátové batérie.
V porovnaní s ternárnymi lítiovými batériami dochádza k odparovaniu elektrolytu pri 200 stupňoch Celzia, čo je náchylné na samovznietenie. Lítium-železofosfátové batérie budú mať tento problém len pri 800 stupňoch Celzia. BYD, ktorý má v súčasnosti najvyššiu hustotu batérie, však dokáže dosiahnuť len 150 kWh/h. Séria BYD Dynasty, ktorá používala lítium-železofosfátové batérie, tiež prešla na ternárne lítiové batérie.
Teraz, keď sa hustota energie lítium-železofosfátových batérií blíži k teoretickému limitu, nie je veľa priestoru na zlepšenie. Kapacita sa navyše po 100-násobnom nabití pod -10 stupňov zníži o menej ako 20 % a v chladnom prostredí sa v podstate ťažko používa.
Pokiaľ ide o exkluzívne nikel-metal hydridové batérie Toyota &, hoci bezpečnosť a spoľahlivosť bola testovaná už mnoho rokov, po toľkých rokoch používania sa nevyskytla žiadna nehoda týkajúca sa bezpečnosti batérií. Toyota však v tomto smere nastavila priveľa patentových bariér, čo sťažuje používanie iným výrobcom.
Doby cyklov Ni-MH batérií sú veľmi krátke a možné sú len cykly nízkeho nabíjania a nízkeho vybíjania. Toyota Prius udržiava batériu na 40 % až 60 % kapacity. Okrem toho je hustota energie ešte nižšia ako hustota lítium-železofosfátových batérií, takže ju nemožno použiť v hybridných modeloch a čisto elektrických modeloch. Hybridné modely Toyota' a čisto elektrické modely tiež používajú ternárne lítiové batérie.
Spoliehajúc sa na rozsiahly trhový podiel ternárnych lítiových batérií a lítium-železitých fosfátových batérií prekonali dodávky CATL v roku 2018 zásielky spoločnosti Panasonic, ktorá sa spoliehala na Teslu a Toyotu a ďalšie čisto elektrické hybridné modely, a BYD, ktorá dodáva hlavne svoje vlastné modely. Ašpiruje na šampióna prepravy s trhovým podielom 41,3 % na domácom trhu.
Z hľadiska hustoty energie a nákladov sú však stále v nevýhode v porovnaní s batériami Panasonic, LG a inými japonskými a kórejskými batériami. Či sa podarí udržať súčasný trh po znížení dotácií, je zatiaľ otázne. Samozrejme, ako partner BMW v oblasti batérií verím, že CATL má dostatok sily na vývoj produktov s nižšími cenami a lepšími produktmi.
Ako horia lítium-iónové batérie
Po rozhovore o klasifikácii napájacích batérií a minulosti a súčasnosti si teraz' skúsme povedať o lítiovej batérii s najväčším podielom na trhu, prečo je také ľahké vznietiť sa.
Zdrojom požiaru lítiovej batérie je tepelný únik.
Hlavné dôvody prehriatia a samovznietenia lítiových batérií sú vnútorné a vonkajšie. Vnútornou príčinou je najmä starnutie batérie a vonkajšími príčinami sú najmä: prepichnutie, kolízia, skrat, vonkajšie prehriatie, vybitie a prebitie pri vysokom výkone.
Lítiové batérie pozostávajú z kladnej elektródy, zápornej elektródy a separátora, ktorý prepúšťa iba lítiové ióny. Batéria počas prevádzky vydáva teplo. Keď sa teplota zvýši na určitú teplotu, membrána sa tepelne uzavrie, čím sa zabráni prechodu lítiových iónov, izolujú sa kladné a záporné elektródy batérie, zastaví sa reakcia a zabráni sa prehriatiu batérie.
Membrána však po určitej teplote praskne a stratí svoj ochranný účinok. Keď vonkajšie teplo spôsobí prasknutie membrány alebo fyzické poškodenie, ako je prepichnutie alebo kolízia, alebo dokonca lítium-iónový kryštál vytvorený starnúcou zápornou elektródou prepichne membránu, membrána nebude schopná izolovať kladné a záporné elektródy. dôjde k vnútornému skratu batérie.
Kvôli vnútornému skratu má batéria veľkoplošný kontakt medzi kladnými a zápornými elektródami a prudko reaguje, pričom sa uvoľňuje veľké množstvo tepla a tento proces sa stále zintenzívňuje a teplota stále stúpa.
Elektrolyt používaný v lítiových batériách nie je stabilný pri vysokých teplotách. Okrem prchavosti pri vysokých teplotách spôsobí tvorba plynu roztiahnutie a prasknutie batérie, čo zintenzívni vnútorný skrat. Po dosiahnutí určitej teploty dôjde k sérii rozkladných reakcií a veľkému množstvu tepla, toto teplo spôsobí ďalšie zintenzívnenie reakcie a v konečnom dôsledku vyvolá samozahrievací efekt.
Keď má lítiová batéria z rôznych dôvodov vnútorný skrat, uvoľnené teplo môže spôsobiť reťazovú reakciu zostávajúcej batérie, ktorá nakoniec povedie k veľkému úniku tepla.
Elektrolyt používaný v lítiových batériách je prchavé a horľavé organické rozpúšťadlo, ktoré sa môže pri tepelnom úniku zapáliť. To, čo sa nakoniec objavilo, bolo ako pri niekoľkých nehodách samovznietenia Modelu S. Náhle sa uvoľnilo veľké množstvo dymu a oheň sa v krátkom čase zapálil a bolo ťažké požiar uhasiť.
Národné povinné normy zaisťujú bezpečnosť
Keďže existujú problémy s lítiovými batériami, aby sa zabezpečilo bezpečné používanie lítiových batérií v osobných vozidlách, štát zaviedol dva súbory prísnych povinných noriem pre batérie a akumulátory osobných automobilov, vrátane systémových krajín, s bezpečnostným testom 16 a 10 položky resp. Všetky testy musia prejsť súčasne a elektrické vozidlá, ktoré spĺňajú tieto dve národné normy, môžu byť predávané tak, aby vyhovovali spotrebiteľom.
Všetky testy sa vykonávajú za predpokladu, že je batéria úplne nabitá. Viaceré testy sú násilnejšie. Režisér o tom podrobne porozpráva a nechá každému pocítiť prísnosť tohto štandardu.
Akupunktúrny test spočíva v použití oceľovej ihly s priemerom 6-8 mm na vertikálne prepichnutie rýchlosťou 25 mm/sa prepichnutie aspoň troch batérií, pričom oceľová ihla zostane v batérii. Pozorujte jednu hodinu bez výbuchu, horenia alebo požiaru.
Skúška zahrievania sa má zvýšiť na 130 stupňov rýchlosťou 5 stupňov Celzia za minútu a udržiavať ju 30 minút. Po zastavení ohrevu jednu hodinu sledujte, či nemôže dôjsť k výbuchu, horeniu alebo požiaru.
Skúška teplotného cyklu spočíva v úprave teploty podľa teploty a trvania vyššie uvedenej tabuľky, cyklus 5-krát a potom pozorovanie jednu hodinu, ale stále nedochádza k výbuchu, horeniu alebo požiaru.
Nechýba ani vonkajšia požiarna skúška. Používa sa nádrž na palivový olej väčšia ako systém batérie. Batéria je priamo vystavená 50 cm nad grilom. Plameň spaľuje batériu priamo 70 sekúnd a potom sa na 60 sekúnd alebo priamo priloží krycia doska. Pokračujte v spaľovaní 60 sekúnd. Ak má batéria po opustení zdroja ohňa plameň, uhasenie bude trvať menej ako 2 minúty. Pozorujte 2 hodiny, nesmie dôjsť k výbuchu, horeniu alebo požiaru.
V skutočnosti po týchto prísnych štandardných testoch nie je pravdepodobnosť samovznietenia napájacích batérií elektrických vozidiel vyššia ako pri palivových vozidlách. V prípade čisto elektrických vozidiel alebo hybridných vozidiel vyrábaných a predávaných výkonnými výrobcami OEM si môže byť z hľadiska bezpečnosti každý istý. .
Neustále zlepšovanie výkonu bezpečnosti
Okrem bezpečnostného výkonu stanoveného národnými povinnými normami samotnej batérie existuje na zaistenie bezpečnosti napájacej batérie vozidla mnoho ďalších zariadení na zaistenie jej bezpečnosti.
Napríklad potom, čo bola Tesla v roku 2013 spálená prerazenou batériou, Tesla prepracovala externé ochranné zariadenie batérie.
Použitie materiálov z hliníkovej zliatiny a titánu na vytvorenie priehybu"štítu" dokáže nielen ochrániť pred čelným nárazom, ale aj odvrátiť niektoré striekajúce alebo prepichnuté predmety, čo výrazne znižuje pravdepodobnosť prepichnutia a nárazu zvonku.
Ďalším dôležitým zariadením na zabránenie prehriatiu batérie je algoritmus správy napájania BMS systému napájania. Efektívny algoritmus správy napájania môže účinne zabrániť výskytu prebíjania. Pretože výkon batérie nie je možné priamo detegovať, možno ho len odhadnúť podľa prúdu a napätia. Keď je stratégia správy napájania nesprávna v dôsledku počasia a iných dôvodov, je ľahké spôsobiť prebíjanie.
Prebitie spôsobuje rozpustenie kladnej elektródy batérie, elektrolyt sa oxiduje a rozkladá, batéria sa zahrieva a napučiava a praskne a nakoniec sa vznieti.
Teraz rôzne tímy po celom svete študujú pokročilejšie a efektívnejšie algoritmy správy napájania. Vynikajúci algoritmus správy napájania dokáže nielen včas rozpoznať prebitie batérie, aby sa predišlo prehriatiu, ale aj rozpoznať, či nedošlo k vnútornému skratu, vydať výstrahy personálu vozidla a naviesť personál na rýchly únik.
Môže dokonca znížiť teplotu vnútornej skratovej časti prostredníctvom aktívneho systému odvádzania tepla a nakoniec realizovať kontrolu teploty pred tepelným únikom.
Samozrejme, ďalším spôsobom je použiť stratégiu aktívnej regulácie teploty pomocou kvapalinou chladeného cirkulačného systému na zabalenie batérie. Dokáže zabrániť nielen prebíjaniu a nadmernému vybíjaniu spôsobenému príliš vysokou alebo príliš nízkou teplotou batérie, ale aj udržiavaním batérie vo vhodnom teplotnom rozsahu, udržiavaním nabíjania batérie pri najlepšej teplote a dosahovaním najlepšieho efektu rýchleho nabíjania.
Tradičná membrána lítiovej batérie používa jeden polyetylén alebo polypropylén a membrána sa poškodí, keď teplota prekročí 135 stupňov a existuje nebezpečenstvo samovznietenia. Nová batéria využíva polypropylén-polyetylén-polypropylénovú kompozitnú membránu, ktorá si stále dokáže zachovať blokovaciu funkciu membrány pri vyšších teplotách.
Okrem toho sa elektrolyt v tradičných batériách pri vysokých teplotách rozkladá, pričom vzniká veľké množstvo plynu a tepla a dochádza k tepelnému úniku. Pridaním retardéra horenia fosfátového esteru do elektrolytu možno reakciu účinne prerušiť a zorganizovať reakciu spaľovania.
Týchto rôznych opatrení je oveľa viac a neustále sa zlepšujú na základe spätnej väzby od používateľov a výsledkov testov. Bezpečnosť elektrických vozidiel nebude zaostávať za bezpečnosťou vozidiel na pohonné hmoty z dôvodu zmien v systéme napájania.
Ako budúci smer vývoja existuje veľa rôznych spoločností a rôznych technických tímov, ktoré neustále prispievajú k bezpečnosti elektrických vozidiel. Súčasná bezpečnosť vozidiel na palivo bola tiež zhrnutá a zlepšená pri rôznych nehodách. V budúcnosti, keď sa elektrické vozidlá budú v našich životoch objavovať čoraz častejšie, bezpečnosť elektrických vozidiel sa bude určite ďalej zlepšovať.
Režisér má čo povedať
Bezpečnosť lítiových batérií pre elektromobily nie je nízka a postupne sa zlepšuje.
Keďže ide o nový typ vozidla, spotrebitelia nemajú dôvod žiadať vyššie štandardy pre elektrické vozidlá ako vozidlá na palivo. Zároveň by sme sa mali na elektrické vozidlá pozerať z vývojovej perspektívy, namiesto toho, aby sme ich slepo kritizovali konzervatívnou perspektívou.
Niektorí ľudia hovoria, že najhoršie auto, aké si môže myslieť, je domáci čistý elektromobil. K tomu môžem povedať len toľko, že keď sa rozbiehal automobilový priemysel, neverilo sa, že autá môžu nahradiť konské povozy.
Tesla si neviedla veľmi dobre z hľadiska bezpečnosti z dôvodov, ako je napríklad prílišná agresívnosť. Viac ako 7 000 batérií 18650 nabitých modelom S je jednoducho nočnou morou pre systém správy napájania. Ale kvôli tomu nemôžeme' odoprieť elektrické vozidlá. Zo súčasného trhu technológia bezpečnosti batérií elektrických vozidiel ďaleko prekročila týchto 18 650 batérií.
Pokles nových energetických dotácií v roku 2019 je zlou správou pre priemysel nových energetických vozidiel, pretože cenová výhoda vozidiel na pohonné hmoty už nie je zrejmá. Ale z inej perspektívy môže propagovať aj nové energetické vozidlá.
V minulosti mnohé firmy, ktoré žili z dotácií, mohol zlikvidovať iba trh a zvyšok boli firmy s dostatočnými R&D schopnosťami, výrobnými kapacitami a výrobnými kapacitami. Pre bezpečnosť elektrických vozidiel, s výnimkou týchto spoločností vyrábajúcich elektrické vozidlá, ktoré sa transformovali z"Old Tou Le" môže účinne zlepšiť priemernú úroveň bezpečnosti domácich čisto elektrických vozidiel.
