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Runaway termico della batteria agli ioni di litio

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Runaway termico della batteria agli ioni di litio

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1.Classificazione dell'innesco di un incidente di fuga termica

Le cause dell'incidente di fuga termica della batteria agli ioni di litio sono molteplici. In base alle caratteristiche dell'innesco, si possono suddividere in tre categorie: innesco meccanico, innesco elettrico e innesco termico. I tre tipi di innesco hanno determinate relazioni interne. In generale, l'innesco meccanico provoca un cortocircuito e un innesco elettrico, mentre la generazione di calore dell'innesco elettrico provoca un innesco termico e la fuga termica causata dall'innesco termico è il fulcro dell'innesco accidentale. L'analisi del meccanismo delle altre forme di innesco non può essere separata dallo studio del meccanismo di innesco termico.

L'innesco meccanico comprende lo schiacciamento, la penetrazione di chiodi, la caduta, ecc. ed è caratterizzato principalmente dalla deformazione della batteria sottoposta a forza; l'innesco elettrico comprende il cortocircuito esterno, il cortocircuito interno, il sovraccarico, il sovra-scarico, ecc. La caratteristica principale è la presenza di un flusso di corrente durante il processo di attivazione; l'attivazione termica comprende il riscaldamento anomalo, il riscaldamento della fiamma, ecc. La caratteristica principale è che la batteria assorbe continuamente il calore dell'ambiente e la temperatura aumenta. La norma sui test di sicurezza specifica i fattori dettagliati di innesco degli incidenti ottenuti dall'analisi degli incidenti. Anche la probabilità di innescare incidenti nelle batterie che hanno superato il test di sicurezza è stata notevolmente ridotta. La causa di innesco dell'incidente può essere diversa da quella specificata nello standard di test di sicurezza. Questo spiega perché il sistema di batterie di potenza che ha superato lo standard di test di sicurezza può ancora avere incidenti.

2.Espansione termica di emergenza nel sistema a batteria

2.1 Pericoli dell'espansione incontrollata della fuga termica

Dopo l'innesco della fuga termica, il calore rilasciato dopo la fuga termica locale del monomero si diffonde nell'ambiente circostante, che può riscaldare le batterie circostanti e causare la fuga termica delle batterie circostanti, nota anche come "espansione" della fuga termica nel pacco batterie. L'energia rilasciata dalla fuga termica di una singola batteria è limitata, ma se la reazione a catena causa l'espansione della fuga termica, l'energia dell'intero pacco batterie verrà rilasciata attraverso la fuga termica, causando gravi danni. Per il sistema di batterie di potenza di un veicolo elettrico puro da 60 kW/h, se tutti i monomeri rilasciano tutta l'energia a causa dell'espansione incontrollata del calore, sarà equivalente al rilascio di 90 kg di energia equivalente di TNT. In altre parole, una volta che si verifica l'espansione termica di emergenza, si verificheranno gravi danni. Pertanto, è necessario prevenire l'espansione della fuga termica e limitare la fuga termica ad alcuni monomeri.

2.2 Meccanismo dell'espansione per fuga termica

Dal punto di vista della conservazione dell'energia, quando il potere di riscaldamento causato dall'espansione termica della batteria circostante del monomero in fuga termica è maggiore del suo potere di dissipazione del calore, la temperatura della batteria circostante riscaldata aumenterà e si verificherà l'innesco della fuga termica. Nel modulo della batteria, ci sono tre possibili percorsi principali per il trasferimento di calore nel processo di espansione termica:

1) Conduzione del calore tra i gusci adiacenti della batteria;

2) conduzione del calore attraverso il polo della batteria;

3) La combustione della batteria circostante causata dall'incendio di una singola batteria.

I due percorsi di conduzione del calore del guscio e del polo agiscono principalmente tra celle adiacenti, il che è facile da analizzare e controllare. Per le celle quadrate, quando il contatto tra il guscio e l'involucro è buono, la conduzione di calore attraverso il guscio è molto maggiore di quella del polo. Per i moduli di batteria cilindrici, il trasferimento di calore tra monomero e monomero può dover considerare anche l'influenza della radiazione termica. Tuttavia, l'incendio può agire sulle batterie adiacenti e sugli accessori del sistema di batterie circostanti, per cui sarà più complesso e difficile valutare i danni causati al sistema di batterie.

Alcuni studi hanno dimostrato che il calore rilasciato dalla batteria che prende fuoco è superiore a quello rilasciato dalla semplice fuga di calore quando la batteria non è in fiamme. Dopo un incendio, la fiamma si attacca generalmente intorno al corpo della valvola della batteria in fuga termica. Allo stesso tempo, poiché la temperatura della fiamma esterna della fiamma è la più alta, la batteria e gli accessori nella direzione di apertura del corpo della valvola sono maggiormente riscaldati. Inoltre, dal punto di vista della progettazione, il sistema di batterie ha un certo grado di ermeticità e il gas ad alta temperatura generato dalla fuga termica non può diffondersi in tempo e può anche riscaldare le batterie circostanti.

2.3 Contraddizione tra prevenzione e progettazione

In base al meccanismo dell'espansione termica, possiamo progettare uno schema mirato per prevenire l'espansione termica.

Innanzitutto, è necessario prevenire l'insorgere di fiamme. La direzione di generazione delle fiamme può essere guidata dalla progettazione della direzione di iniezione del corpo valvola; per estinguere l'incendio si può anche aggiungere un agente estinguente. Naturalmente, il sistema di batterie di alimentazione ha superato i test di sicurezza. La probabilità che si verifichino fiamme è stata ridotta; allo stesso tempo, la buona tenuta del sistema di batterie elettriche rende il contenuto interno di ossigeno del sistema di batterie insufficiente, il che non favorisce la formazione e lo sviluppo di fiamme.

In secondo luogo, occorre considerare l'impatto della diffusione di gas ad alta temperatura su altri componenti del sistema di batterie. Alcune batterie sono dotate di sistemi in grado di scaricare i gas ad alta temperatura nel tempo.

Allo stesso tempo, è necessario bloccare adeguatamente il percorso di trasferimento del calore tra le celle, come lo strato di isolamento termico tra le singole celle. Va notato che nella gestione termica, tra i gusci delle batterie possono essere riservati dei vuoti d'aria per il raffreddamento dell'aria e per separare le batterie adiacenti. Tuttavia, nel processo di espansione termica, la batteria in fuga termica si espande e il vuoto d'aria scompare a causa dell'espansione della batteria. In questo momento, il trasferimento di calore tra la batteria e la batteria è ancora veloce. Non è possibile impedire l'espansione incontrollata del calore semplicemente conservando il traferro.

Inoltre, è possibile migliorare la dissipazione interna del calore del sistema di batterie dopo l'innesco della fuga termica del monomero; scaricare la batteria intorno alla batteria difettosa; riempire i materiali a cambiamento di fase tra le batterie per assorbire il calore e altri metodi per inibire l'espansione della fuga termica.

Tuttavia, esistono alcune contraddizioni tra la progettazione della prevenzione dell'espansione del runaway e la progettazione di altre funzioni del sistema di batterie. Il metodo di bloccare il percorso di trasferimento del calore può portare a un'intensificazione della non uniformità della temperatura interna del pacco batteria, il che è in contraddizione con l'obiettivo di uniformità della temperatura nella progettazione della gestione termica del pacco batteria. Inoltre, l'aggiunta di misure di spegnimento, scarico, isolamento termico e altre misure ridurrà l'energia specifica del sistema di batterie e aumenterà il costo di progettazione del sistema di batterie. Come configurare in modo ragionevole le misure di sicurezza per prevenire il verificarsi di un'espansione termica di tipo runaway, tenendo conto degli indicatori di prestazione e dei costi di progettazione del sistema di batterie, è una delle questioni importanti nella progettazione della sicurezza del sistema di batterie.

3.Conclusioni

L'attuale batteria di potenza agli ioni di litio ha superato il test dello standard di sicurezza e dispone anche di misure di sicurezza corrispondenti nel sistema della batteria. La sicurezza del sistema di batterie è stata notevolmente migliorata. Tuttavia, sebbene i rischi causati dagli incidenti di sicurezza esistenti siano limitati, con il miglioramento dell'energia specifica delle batterie agli ioni di litio, i rischi causati da un singolo incidente di sicurezza aumenteranno; la diffusione su larga scala dei veicoli elettrici aumenterà anche la frequenza degli incidenti di sicurezza. I produttori interessati devono prestare attenzione alla sicurezza del sistema di batterie agli ioni di litio e non devono ridurre i costi di produzione sacrificando la sicurezza del sistema di batterie. Perché ogni giorno si verifica un incidente di sicurezza, che mette a repentaglio la vita e la sicurezza dei consumatori e, naturalmente, comporta anche la perdita di reputazione dei prodotti delle imprese.