Jak se vyrábí nesamozápalná baterie?
Před několika dny CCTV's"Today's Statement" sloupec oznámil nehodu samovznícení na Samsung Note 4 v roce 2017, která způsobila popálení obličeje 4leté dívce. Mobilní telefony Samsung' byly dokonce zakázány nosit v letadlech kvůli problémům se samovznícením.
Pokud vám samovznícení 3 500 mAh baterie mobilního telefonu může způsobit zranění, pak od 16 kWh budou následky samovznícení čistých elektromobilů s maximem nad 80 kWh ještě hroznější.
Zdá se však, že nehoda baterie Tesly nebyla přerušena. Předpokládaná nehoda požáru baterie Tesla Model S byla také nalezena dříve v Hongkongu. Vozidlo přistálo v září 2015.
Když se podíváme zpět na nedávné nehody, modely byly v podstatě první generací Modelu S, který byl uveden na trh v letech 2013-2015, a životnost baterie byla více než 4-6 let.
& quot;první spálení" Model S se objevil v říjnu 2013 – když jel Model S, podvozek narazil do ostrého předmětu. Poté vozidlo vyhlásilo poplach a majitel vozidlo opustil a utekl. Po 20 minutách začalo vozidlo hořet, Model S Rám byl spálen.
Ve skutečnosti"First Burn" nejasně odhalily strašlivé následky samovznícení takto velkokapacitních lithiových baterií a základní důvod spočívá v rychlém nabíjení a rychlém uvolnění lithiových baterií, které nejenže způsobuje velké poškození baterie, ale také ovlivňuje tepelné řízení baterie. baterie. Požadavky jsou velmi vysoké a Model S dokonale odpovídá výše uvedeným dvěma bodům.
Bezpečnost baterie je hlavním předpokladem toho, abychom si mohli užívat pohodlného života, který přináší elektrifikace. Aby byla zajištěna bezpečnost baterií elektrických vozidel, bez ohledu na zemi, udělali výrobci baterií nebo výrobci automobilů mnoho práce.
Jaké druhy napájecích baterií se dnes používají a jak země, výrobci OEM a výrobci napájecích baterií zajišťují bezpečnost baterií elektrických vozidel? tento život.
Baterie dnes
Po letech vývoje znamenaly čistě elektrická vozidla a hybridní vozidla v roce 2018 plnou explozi. Reakcí na trhu s napájecími bateriemi je neustálý nárůst dodávek napájecích baterií.
Jak se vyrábí nesamozápalná baterie?
Dodávky napájecích baterií za prvních 10 měsíců roku 2018 překonaly dodávky z roku 2017 s meziročním nárůstem o více než 84 % a celkový instalovaný výkon dosáhl 56,89 GWh.
Očekává se, že s neustálým zaváděním nových energetických modelů od starých výrobců OEM v roce 2019 a dodávkou nových energetických automobilek bude tento počet v roce 2019 nadále růst.
V současnosti jsou hlavními bateriemi používanými v nových energetických vozidlech na trhu nejpoužívanější ternární lithiové baterie, bezpečné a stabilní lithium-železofosfátové baterie a exkluzivní nikl-metal hydridové baterie Toyota'.
Při srovnání elektromobilů před rokem 2017 lze zjistit, že energetická hustota napájecích baterií vzrostla ze 103,3 Wh/kg na 142,4 Wh/kg a země si stanovila cíl 300 kWh/kg do roku 2020. Základním důvodem je obrovský nárůst energetické hustoty napájecích baterií spočívá v širokém uplatnění ternárních lithiových baterií.
Mezi vozidla využívající ternární lithiové baterie patří model 3, Corolla e+, BYD Yuan EV a mnoho dalších běžných nových energetických modelů.
Jak se vyrábí nesamozápalná baterie?
Výhoda ternárního lithia spočívá v jeho vysoké hustotě energie. V současnosti se nejvyspělejší baterie Tesly a Panasonic mohou blížit k 300 kWh/kg, zatímco CATL a BYD mohou aktuálně dosáhnout 200 kWh/kg. V současné době mají materiály ternárních lithiových baterií stále velký prostor pro zlepšení. . Bezpečnostní výkon a cyklus baterií však nejsou tak dobré jako lithium-železofosfátové baterie a jejich použití v osobních vozidlech je státem zakázáno.
Podíl na trhu na druhém místě za ternárním lithiem jsou lithium-železofosfátové baterie. Vzhledem k jejich vynikající bezpečnosti se používají hlavně v užitkových vozidlech. Elektrobusy, které jezdí po ulicích, v současnosti využívají hlavně lithium-železofosfátové baterie.
Ve srovnání s ternárními lithiovými bateriemi dochází k těkání elektrolytu při 200 stupních Celsia, což je náchylné k samovznícení. Lithium-železofosfátové baterie budou mít tento problém pouze při 800 stupních Celsia. BYD, který má v současnosti nejvyšší hustotu baterie, však může dosáhnout pouze 150 kWh/h. Řada BYD Dynasty, která používala lithium-železofosfátové baterie, také přešla na ternární lithiové baterie.
Nyní, když se energetická hustota lithium-železofosfátových baterií blíží teoretické hranici, není příliš prostoru pro zlepšení. Kapacita se navíc po 100násobném nabití pod -10 stupňů sníží o méně než 20 % a v chladném prostředí je v podstatě obtížně použitelný.
Co se týče exkluzivních nikl-metalhydridových baterií Toyota', ačkoli bezpečnost a spolehlivost byla testována po mnoho let, po tolika letech používání nedošlo k žádné bezpečnostní nehodě. Toyota si však v tomto ohledu nastavila příliš mnoho patentových bariér, které ostatním výrobcům znesnadňují použití.
Doba cyklu baterií Ni-MH je velmi krátká a jsou možné pouze cykly nízkého nabíjení a nízkého vybíjení. Toyota Prius udržuje baterii na 40 % až 60 % kapacity. Hustota energie je navíc ještě nižší než u lithium-železofosfátových baterií, takže je nelze použít v hybridních modelech a čistě elektrických modelech. Hybridní modely Toyota' a čistě elektrické modely také používají ternární lithiové baterie.
Díky rozsáhlému tržnímu podílu ternárních lithiových baterií a lithium-železitých fosfátových baterií překonaly dodávky CATL v roce 2018 dodávky Panasonicu, který se spoléhal na Teslu a Toyotu a další čistě elektrické hybridní modely, a BYD, který dodává hlavně své vlastní modely. Aspiruje na šampiona v přepravě s tržním podílem 41,3 % na domácím trhu.
Z hlediska hustoty energie a nákladů jsou však stále v nevýhodě ve srovnání s bateriemi Panasonic, LG a dalšími japonskými a korejskými bateriemi. Zda se podaří udržet současný trh po snížení dotací, je zatím otazníkem. Jako partner BMW v oblasti baterií se samozřejmě domnívám, že CATL má dostatek síly na vývoj produktů s nižšími cenami a lepšími produkty.
Jak hoří lithium-iontové baterie
Poté, co jsme mluvili o klasifikaci napájecích baterií a minulosti a současnosti, nyní' mluvme o lithiové baterii s největším podílem na trhu, proč je tak snadné vzplanout.
Zdroj požáru lithiové baterie je tepelný únik.
Hlavní důvody přehřívání a samovznícení lithiových baterií jsou vnitřní a vnější. Vnitřní příčinou je především stárnutí baterie a vnějšími příčinami jsou zejména: proražení, kolize, zkrat, vnější přehřátí a vybití a přebití vysokým výkonem.
Lithiové baterie se skládají z kladné elektrody, záporné elektrody a separátoru, který propouští pouze lithiové ionty. Baterie během provozu vydává teplo. Když se teplota zvýší na určitou teplotu, membrána se tepelně uzavře, čímž zabrání průchodu lithiových iontů, izoluje kladné a záporné elektrody baterie, zastaví reakci a zabrání přehřátí baterie.
Membrána však po určité teplotě praskne a ztratí svůj ochranný účinek. Když vnější teplo způsobí prasknutí membrány nebo fyzické poškození, jako je proražení nebo kolize, nebo dokonce krystal iontů lithia vytvořený stárnoucí zápornou elektrodou propíchne membránu, membrána nebude schopna izolovat kladné a záporné elektrody. dojde k vnitřnímu zkratu v baterii.
Kvůli vnitřnímu zkratu má baterie velkoplošný kontakt mezi kladnou a zápornou elektrodou a prudce reaguje, uvolňuje velké množství tepla a tento proces se stále zintenzivňuje a teplota stále stoupá.
Elektrolyt používaný v lithiových bateriích není stabilní při vysokých teplotách. Kromě těkání při vysokých teplotách způsobí tvorba plynu roztažení a prasknutí baterie, což zesílí vnitřní zkrat. Po dosažení určité teploty dojde k řadě rozkladných reakcí a velkému množství tepla, toto teplo způsobí, že se reakce dále zesílí a nakonec vyvolá samozahřívací efekt.
Pokud dojde z různých důvodů k vnitřnímu zkratu lithiové baterie, uvolněné teplo může způsobit řetězovou reakci zbývající baterie, která nakonec povede k velkému tepelnému úniku.
Elektrolyt používaný v lithiových bateriích je těkavé a hořlavé organické rozpouštědlo, které se může vznítit při tepelném úniku. To, co se nakonec objevilo, bylo stejné jako u několika samovznícení modelu S. Náhle se uvolnilo velké množství kouře a oheň se během krátké doby zapálil a bylo obtížné požár uhasit.
Národní povinné normy zajišťují bezpečnost
Vzhledem k problémům s lithiovými bateriemi, aby bylo zajištěno bezpečné používání lithiových baterií v osobních vozidlech, stát zavedl dva soubory přísných povinných norem pro baterie a akumulátory osobních automobilů, včetně systémových zemí, s bezpečnostním testem 16 a 10 položky resp. Všechny testy musí projít současně a elektrická vozidla, která splňují tyto dvě národní normy, mohou být uváděna na trh, aby vyhověla spotřebitelům.
Všechny testy se provádějí za podmínky, že je baterie plně nabitá. Některé testy jsou násilnější. Režisér o tom podrobně promluví a dá každému pocítit přísnost tohoto standardu.
Akupunkturní test spočívá v použití ocelové jehly o průměru 6-8 mm k vertikálnímu propíchnutí rychlostí 25 mm/s a proražení alespoň tří baterií, přičemž ocelová jehla zůstane v baterii. Pozorujte jednu hodinu bez výbuchu, hoření nebo požáru.
Zkouška zahřívání má zvýšit na 130 stupňů rychlostí 5 stupňů Celsia za minutu a udržet ji po dobu 30 minut. Po zastavení ohřevu sledujte po dobu jedné hodiny, že nemůže dojít k výbuchu, vznícení nebo požáru.
Test teplotního cyklu spočívá v nastavení teploty podle teploty a trvání výše uvedené tabulky, cyklování 5krát a sledování po dobu jedné hodiny poté, ale stále nedochází k výbuchu, hoření nebo požáru.
Nechybí ani vnější požární zkouška. Používá se nádrž na palivový olej větší než systém baterie. Baterie je přímo vystavena 50 cm nad ohništěm. Plamen spaluje baterii přímo po dobu 70 sekund a poté se na 60 sekund nebo přímo přiloží krycí deska. Pokračujte v hoření po dobu 60 sekund. Pokud má baterie po opuštění zdroje ohně plamen, bude uhašení trvat méně než 2 minuty. Pozorujte 2 hodiny, nemělo by dojít k výbuchu, vznícení nebo požáru.
Ve skutečnosti po těchto přísných standardních testech není pravděpodobnost samovznícení napájecích baterií elektrických vozidel vyšší než u palivových vozidel. U čistě elektrických vozidel nebo hybridních vozidel vyráběných a prodávaných výkonnými výrobci OEM si může být z hlediska bezpečnosti každý jistý. .
Neustálé zlepšování výkonu bezpečnosti
Kromě bezpečnostního výkonu stanoveného národními závaznými normami pro samotnou baterii, aby byla zajištěna bezpečnost napájecí baterie vozidla, existuje mnoho dalších zařízení pro zajištění její bezpečnosti.
Například poté, co byla Tesla v roce 2013 spálena proraženou baterií, Tesla přepracovala vnější ochranné zařízení baterie.
Použití materiálů z hliníkové slitiny a titanu k vytvoření průhybu"štít" dokáže nejen ochránit před čelními nárazy, ale také odrazit některé stříkající nebo proražené předměty, což výrazně snižuje pravděpodobnost proražení a nárazu baterie zvenčí.
Dalším důležitým zařízením, které zabrání přehřátí baterie, je algoritmus správy napájení BMS systému napájení. Efektivní algoritmus správy napájení může účinně zabránit výskytu přebíjení. Protože výkon baterie nelze přímo detekovat, lze ji pouze odhadnout podle proudu a napětí. Když je strategie správy napájení nesprávná kvůli počasí a jiným důvodům, je snadné způsobit přebíjení.
Přebití způsobuje rozpuštění kladné elektrody baterie, elektrolyt se oxiduje a rozkládá, baterie se zahřívá a bobtná a praskne a nakonec se vznítí.
Nyní různé týmy po celém světě studují pokročilejší a efektivnější algoritmy správy napájení. Vynikající algoritmus správy napájení dokáže nejen včas detekovat přebití baterie, aby se zabránilo přehřátí, ale také rozpoznat, zda nedošlo k vnitřnímu zkratu, vydat varování pro personál vozidla a navést personál k rychlému úniku.
Může dokonce snížit teplotu vnitřní zkratové části prostřednictvím aktivního systému odvodu tepla a nakonec realizovat kontrolu teploty před tepelným únikem.
Samozřejmě dalším způsobem je použití strategie aktivního řízení teploty s využitím kapalinou chlazeného cirkulačního systému k zabalení bateriového bloku. Dokáže nejen zabránit přebíjení a nadměrnému vybíjení způsobenému příliš vysokou nebo příliš nízkou teplotou baterie, ale také udržovat baterii ve vhodném teplotním rozsahu, udržovat nabíjení baterie při nejlepší teplotě a dosáhnout nejlepšího efektu rychlého nabíjení.
Tradiční membrána lithiové baterie používá jeden polyethylen nebo polypropylen a membrána se poškodí, když teplota překročí 135 stupňů a existuje nebezpečí samovznícení. Nová baterie využívá polypropylen-polyetylen-polypropylenovou kompozitní membránu, která stále dokáže zachovat blokovací funkci membrány při vyšších teplotách.
Kromě toho se elektrolyt v tradičních bateriích při vysokých teplotách rozkládá, vytváří velké množství plynu a tepla a dochází k tepelnému úniku. Přidáním zpomalovače hoření fosfátového esteru do elektrolytu lze reakci účinně přerušit a zorganizovat spalovací reakci.
Těchto různých opatření je mnohem více a neustále se zlepšují na základě zpětné vazby od uživatelů a výsledků testů. Bezpečnost elektrických vozidel nebude zaostávat za bezpečností palivových vozidel kvůli změnám v energetickém systému.
Jako budoucí směr vývoje existuje mnoho různých společností a různých technických týmů, které neustále přispívají k bezpečnosti elektrických vozidel. Současná bezpečnost palivových vozidel byla také shrnuta a zlepšena při různých nehodách. V budoucnu, jak se elektrická vozidla budou v našich životech objevovat stále častěji, se bezpečnost elektrických vozidel jistě dále zlepší.
Ředitel má co říct
Bezpečnost lithiových baterií pro elektromobily není nízká a krok za krokem se zlepšuje.
Vzhledem k tomu, že jde o nový typ vozidla, spotřebitelé nemají důvod žádat pro elektromobily vyšší standardy než vozidla s palivem. Zároveň bychom se měli na elektrická vozidla dívat z vývojové perspektivy, místo abychom je slepě kritizovali konzervativním pohledem.
Někdo říká, že nejhorší auto, které si může myslet, je domácí čistý elektromobil. K tomu mohu říci jen to, že když automobilový průmysl začínal, nevěřilo se, že automobily mohou nahradit koňské povozy.
Tesla si nevedla příliš dobře z hlediska bezpečnosti z důvodů, jako je například přílišná agresivita. Více než 7 000 baterií 18650 nabitých Modelem S je prostě noční můrou pro systém řízení spotřeby. Ale kvůli tomu nemůžeme' odepřít elektrická vozidla. Na současném trhu technologie bezpečnosti baterií elektrických vozidel daleko přesáhla těchto 18 650 bateriových sad.
Pokles nových energetických dotací v roce 2019 je špatnou zprávou pro průmysl nových energetických vozidel, protože cenová výhoda palivových vozidel již není zřejmá. Ale z jiné perspektivy může také podporovat nová energetická vozidla.
V minulosti mnoho společností, které žily z dotací, mohl zlikvidovat pouze trh a zbytek byly společnosti s dostatečnými schopnostmi R&D, výrobními a výrobními schopnostmi. Pro bezpečnost elektrických vozidel, s výjimkou těchto společností vyrábějících elektrická vozidla, které se transformovaly z"Old Tou Le" může účinně zlepšit průměrnou úroveň bezpečnosti domácích čistě elektrických vozidel.
