เหตุใดแบตเตอรี่พลังงานจึงมีความร้อน

1. สถานะปัจจุบันของพลังงานความร้อนด้วยความร้อน

ตามรายงานของสื่อข่าวเกี่ยวกับอุบัติเหตุความปลอดภัยของยานพาหนะพลังงานใหม่มีรายงานข่าวที่เกี่ยวข้องมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามากกว่าในปีที่ผ่านมา ในอีกด้านหนึ่งสินค้าคงคลังตลาดของยานพาหนะพลังงานใหม่เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญและด้วยการเพิ่มขึ้นของความล้มเหลวและอุบัติเหตุที่สอดคล้องกัน ในทางกลับกัน บริษัท ที่เกี่ยวข้องมีความสามารถทางเทคนิคที่อ่อนแอการเปิดตัวโครงการแบบสุ่มสี่สุ่มห้าและมีส่วนร่วมในพฤติกรรมการเก็งกำไรเพื่อกำหนดเวลาเร่งด่วนและได้รับส่วนแบ่งการตลาดและเงินอุดหนุน สิ่งนี้ทำให้อุบัติการณ์ของอุบัติการณ์ความปลอดภัยรุนแรงขึ้นอย่างเป็นกลาง

อุบัติเหตุความปลอดภัยของยานพาหนะพลังงานใหม่มีสาเหตุที่เป็นเอกลักษณ์และเป็นเอกลักษณ์ เนื่องจากแบตเตอรี่ที่ให้พลังงานแก่พวกเขานั้นมีการใช้งานสูงผู้ให้บริการพลังงานสูงพวกเขาจึงสามารถสัมผัสกับความร้อนได้ที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำ สาเหตุของการหลบหนีความร้อนมีจำนวนมากและซับซ้อนทำให้ยากต่อการป้องกัน ดังนั้นแบตเตอรี่พลังงานมักเป็นสาเหตุหลักของอุบัติเหตุความปลอดภัยที่เพิ่มขึ้นสู่ความรุนแรงที่สูงขึ้นและมีความเสี่ยงสูงกว่าทำให้ยากต่อการป้องกันควบคุมและที่อยู่

2. แนวคิดของปัญหาความร้อนด้วยความร้อนของแบตเตอรี่และความปลอดภัยทางความร้อน

2.1 แนวคิดของการหลบหนีความร้อนด้วยแบตเตอรี่

การหลบหนีความร้อนด้วยแบตเตอรี่หมายถึงปฏิกิริยาที่รุนแรงในแบตเตอรี่ซึ่งเกิดจากสภาวะภายนอกบางอย่าง (เช่นการเจาะความร้อนสูงเกินไปการลัดวงจรการชาร์จไฟมากเกินไป ฯลฯ ) โดดเด่นด้วยการปล่อยความร้อนอย่างรวดเร็วและมีขนาดใหญ่ซึ่งอาจเกิดจากการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพหรือทางเคมีอื่น ๆ ในระบบแบตเตอรี่พลังงานเมื่อเซลล์เดียวประสบความร้อนแรงปฏิกิริยาที่รุนแรงสร้างความร้อนจำนวนมากซึ่งอาจนำไปสู่ปฏิกิริยารุนแรงเช่นการเผาไหม้หรือการระเบิด อุณหภูมิสูงหรือการกระแทกเชิงกลมักจะทำให้เกิดการหลบหนีความร้อนในเซลล์ที่อยู่ติดกัน ดังนั้นการหลบหนีความร้อนในเซลล์เดียวสามารถแพร่กระจายไปทั่วระบบแบตเตอรี่ได้อย่างง่ายดายทำให้เกิดการปล่อยพลังงานจำนวนมากอย่างรวดเร็วทำให้เกิดภัยคุกคามที่สำคัญ

2.2 ปัญหาด้านความปลอดภัยทางความร้อนของแบตเตอรี่

ปัญหาด้านความปลอดภัยของความร้อนด้วยความร้อนของแบตเตอรี่ในระดับหนึ่งอ้างถึงความร้อน อุบัติเหตุของแบตเตอรี่พลังงานภายใต้เงื่อนไขเช่นความเสียหายทางกลการละเมิดความร้อนการละเมิดไฟฟ้าและสภาพแวดล้อมการใช้งานที่รุนแรงในที่สุดก็แสดงให้เห็นว่าเป็นปัญหาการหลบหนีความร้อน ปัญหาเหล่านี้มีลักษณะเป็นกลไกที่ซับซ้อนและปัจจัยที่มีอิทธิพลมากมายซึ่งส่วนใหญ่ปรากฏในด้านต่อไปนี้:

A. ความปลอดภัยทางความร้อนของเซลล์แบตเตอรี่พลังงานเกี่ยวข้องโดยตรงกับประเภทของระบบเคมีไฟฟ้า, องค์ประกอบของวัสดุ, รูปแบบโครงสร้าง, รูปแบบบรรจุภัณฑ์, ความจุ, โครงสร้าง, รูปร่าง, รูปแบบขนาดและเงื่อนไขกระบวนการภายในแบตเตอรี่;

B. เมื่อพิจารณาถึงเงื่อนไขการเรียกใช้สำหรับการหลบหนีความร้อน, แบตเตอรี่ที่ร้อนเกินไป, การชาร์จมากเกินไป, ผลกระทบภายนอก, การอัดขึ้นรูป, การเจาะและการลัดวงจรของแบตเตอรี่สามารถกระตุ้นให้เกิดความร้อน

C. ในแง่ของการขยายตัวของความร้อนในระบบแบตเตอรี่, สภาพแวดล้อม, วิธีการเรียกใช้ความร้อนและสถานะการโหลด, วิธีการเชื่อมต่อกลุ่มแบตเตอรี่, วิธีการจัดการความร้อนด้วยแบตเตอรี่และตำแหน่งของแบตเตอรี่ที่ใช้ความร้อน

ดังนั้นกลไกการหลบหนีความร้อนของแบตเตอรี่จึงซับซ้อนและมีหลายปัจจัยที่ขึ้นอยู่กับ การวิจัยเกี่ยวกับการรันเวย์ความร้อนของแบตเตอรี่พลังงานนั้นเป็นระบบและยากและกลายเป็นหนึ่งในประเด็นสำคัญและยากในการวิจัยระบบแบตเตอรี่พลังงาน เนื่องจากลักษณะเหล่านี้การจัดการความปลอดภัยด้วยความร้อนด้วยแบตเตอรี่มีความสำคัญอย่างยิ่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการปรับปรุงความปลอดภัยของยานพาหนะไฟฟ้า การออกแบบระบบการจัดการความปลอดภัยด้วยความร้อนของแบตเตอรี่โดยทั่วไปมุ่งเน้นไปที่การให้คำเตือนล่วงหน้าก่อนที่จะใช้ความร้อนเพื่อชะลอการขยายตัวและการแพร่กระจายและลดการสูญเสียหลังจากการระบายความร้อน สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการพัฒนากลยุทธ์การควบคุมความปลอดภัยและการออกแบบวัสดุแบตเตอรี่พลังงานความปลอดภัยสูงโครงสร้างภายในวิธีการบรรจุแบตเตอรี่และโครงสร้างกล่องแบตเตอรี่ สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าการตรวจจับความเสี่ยงจากการหลบหนีความร้อนและป้องกันหรือชะลอการแพร่กระจายของพวกเขาในเวลาที่เหมาะสม

3. กลไกการหลบหนีความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน

เนื่องจากประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจำนวนยานพาหนะไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นจึงใช้เป็นแหล่งพลังงาน ดังนั้นการวิจัยเกี่ยวกับกลไกการหลบหนีความร้อนของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงเป็นสิ่งจำเป็น ปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดความร้อนในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนพลังงาน ได้แก่ วงจรลัดวงจรภายนอกอุณหภูมิสูงภายนอกและวงจรลัดภายใน

ระยะสั้นภายนอก:ความน่าจะเป็นของเหตุการณ์อันตรายที่เกิดขึ้นในระหว่างการทำงานของยานพาหนะจริงค่อนข้างต่ำ ประการแรกระบบยานพาหนะมีฟิวส์ฟิวส์และระบบการจัดการแบตเตอรี่ (BMS); ประการที่สองแบตเตอรี่เองสามารถทนต่อการกระชากระยะสั้นและปัจจุบัน ในกรณีที่รุนแรงจุดลัดวงจรจะข้ามฟิวส์ยานพาหนะ วงจรลัดวงจรภายนอกเป็นเวลานานโดยทั่วไปจะทำให้การเชื่อมต่อที่อ่อนแอในวงจรและไม่ค่อยทำให้เกิดความร้อน ปัจจุบัน บริษัท ระบบแบตเตอรี่พลังงานจำนวนมากกำลังใช้ฟิวส์แบบรวมในวงจรเพื่อลดอันตรายที่เกิดจากการลัดวงจรภายนอก

อุณหภูมิสูงภายนอก:เนื่องจากลักษณะโครงสร้างของแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอุณหภูมิสูงทำให้เกิดปฏิกิริยาการสลายตัวในฟิล์ม SEI อิเล็กโทรไลต์และ EC ผลิตภัณฑ์การสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์ยังทำปฏิกิริยากับขั้วไฟฟ้าบวกและลบการหลอมละลายและการย่อยสลายตัวคั่นเซลล์ ปฏิกิริยาหลายอย่างเหล่านี้สร้างความร้อนอย่างมีนัยสำคัญ การละลายตัวคั่นนำไปสู่การลัดวงจรภายในและการปล่อยพลังงานไฟฟ้าจะเพิ่มการสร้างความร้อน ผลการทำลายล้างที่สะสมร่วมกันนี้สามารถนำไปสู่การแตกของเมมเบรนป้องกันการระเบิดของเซลล์การปล่อยอิเล็กโทรไลต์และการเผาไหม้ เป็นที่น่าสังเกตว่าเมื่อเทียบกับแบตเตอรี่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟตวัสดุอิเล็กโทรดเชิงบวกของแบตเตอรี่ลิเธียมที่มีความไวต่อปฏิกิริยาการสลายตัวของออกซิเจนมากขึ้นส่งผลให้เกิดการหลบหนีความร้อนอย่างรวดเร็ว ตัวอย่างเช่นในลิเธียมโคบอลต์ออกไซด์ (LCO) เมื่อถึงอุณหภูมิที่แน่นอนอิเล็กโทรดบวกจะปล่อยออกซิเจนทันที ออกซิเจนนี้ทำปฏิกิริยากับตัวทำละลายเพื่อผลิตก๊าซและความร้อนจำนวนมากซึ่งนำไปสู่การหลบหนีความร้อนอย่างรวดเร็วและการติดไฟได้สูง โครงสร้าง olivine ของลิเธียมเหล็กฟอสเฟตให้ความมั่นคงอุณหภูมิสูง ในปฏิกิริยาเคมีที่นำไปสู่การหลบหนีความร้อนการสลายตัวไม่ใช่การออกซิเดชั่นเกิดขึ้นก่อนที่อิเล็กโทรไลต์จะถูกไล่ออก ส่งผลให้เกิดการผลิตก๊าซต่ำและช้าส่งผลให้เกิดอาการท้องอืดมากกว่าการเผาไหม้ที่รุนแรง นี่คือเหตุผลที่ลิเธียมเหล็กฟอสเฟต (LFP) ค่อนข้างปลอดภัย อย่างไรก็ตามนี่ไม่ได้หมายความว่ามันมีภูมิคุ้มกันต่อการหลบหนีความร้อนและการเผาไหม้ตามที่เห็นได้จากไฟบัสไฟฟ้าเมื่อเร็ว ๆ นี้ สาเหตุหลักของการเผาไหม้ LFP คือการแตกที่เกิดจากความร้อนที่เกิดจากเมมเบรนป้องกันการระเบิดซึ่งนำไปสู่การปล่อยอิเล็กโทรไลต์ ในสภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูงนี้อิเล็กโทรไลต์มาถึงจุดจุดระเบิดอย่างรวดเร็วทำให้เกิดการเผาไหม้ซึ่งจะจุดประกายวัสดุที่ติดไฟได้อื่น ๆ เช่นการห่อเซลล์ สิ่งนี้จะเพิ่มความเข้มข้นของความร้อนและกระตุ้นปฏิกิริยาลูกโซ่ของการหลบหนีความร้อนในเซลล์อื่น ๆ

การลัดวงจรภายใน:การใช้แบตเตอรี่ในทางที่ผิดเช่น dendrites ที่เกิดจากการชาร์จมากเกินไปและการชำระเงินมากเกินไปสิ่งสกปรกและฝุ่นในระหว่างการผลิตแบตเตอรี่และการเสียรูปความร้อนที่เกิดจากสภาพแวดล้อมการทำงานสามารถนำไปสู่การเติบโตที่ลดลง การปล่อยพลังงานไฟฟ้าทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นและปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นในวัสดุจะขยายเส้นทางลัดวงจรทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรที่ใหญ่ขึ้น สิ่งนี้สร้างความเสียหายที่สะสมร่วมกันซึ่งนำไปสู่การหลบหนีความร้อน ควรสังเกตว่าไฟแบตเตอรี่ส่วนใหญ่จะถูกกระตุ้นโดยวงจรลัดวงจรภายใน ความร้อนและอุณหภูมิที่เกิดขึ้นสร้าง "สภาพแวดล้อมที่อุณหภูมิสูงภายนอก" สำหรับเซลล์ที่อยู่ติดกันทำให้เกิดการหลบหนีความร้อนในเซลล์เหล่านั้นและทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ตลอดทั้งระบบแบตเตอรี่

ดังนั้นกลไกแสดงให้เห็นว่าการหลบหนีความร้อนนั้นเกิดจากการสะสมความร้อนโดยพื้นฐานโดยการสะสมของความร้อน หากการกระจายความร้อนสามารถปรับปรุงได้อย่างมีประสิทธิภาพและมีการวัดเพื่อป้องกันการสะสมนี้ดังนั้นจึงควบคุมอุณหภูมิของแบตเตอรี่ในช่วงที่กำหนดแบตเตอรี่ที่ปลอดภัยสามารถทำได้ นี่คือการแสวงหาผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมแบตเตอรี่ อุตสาหกรรมได้ใช้ความพยายามอย่างต่อเนื่องในตอนท้ายนี้และผลลัพธ์เริ่มต้นได้รับการบรรลุเช่นผ่านการใช้การออกแบบการจัดการความร้อนที่มีประสิทธิภาพและอุปกรณ์ลัดวงจรภายใน อีกวิธีหนึ่งคือการคิดค้นนวัตกรรมในโมดูลหรือแพ็คเทคโนโลยีเพื่อให้ได้ "ความปลอดภัยภายใน" สำหรับเซลล์แบตเตอรี่ "ความปลอดภัยภายใน" มีความหมายสองประการ: ประการแรกขีด จำกัด พลังงานของหน่วยพลังงานที่เล็กที่สุดก็คือแม้การเผาไหม้หรือการระเบิดจะไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดความเสียหายทำให้เป็นความเสี่ยงที่ยอมรับได้ ประการที่สองหลังจากการจัดกลุ่มหากมีการเผาไหม้หรือการระเบิดเกิดขึ้นในหน่วยพลังงานหนึ่งพลังงานพลังงานจะไม่ก่อให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ของการเผาไหม้หรือการระเบิดในหน่วยอื่น ๆ ทำให้เป็นเหตุการณ์ที่แยกได้และยอมรับได้

Acey ฉลาด มีความเชี่ยวชาญในการจัดหาโซลูชันแบบครบวงจรสำหรับชุดประกอบแบตเตอรี่แบบกึ่งอัตโนมัติ/แบบอัตโนมัติของชุดแบตเตอรี่ลิเธียมที่ใช้ใน ESS, UAV, E-Bike, E-Scooter, เครื่องมือไฟฟ้า, สอง/สามล้อ, เครื่องทดสอบแบตเตอรี่/เครื่องทดสอบแบตเตอรี่ เครื่องทดสอบและระบบทดสอบชุดแบตเตอรี่ ฯลฯ