Il problema di sicurezza delle batterie di potenza si riassume come "fuga termica", cioè, dopo aver raggiunto una certa temperatura, diventa incontrollabile, la temperatura aumenta linearmente, e poi brucia ed esplode. Surriscaldamento, surriscaldamento, cortocircuito interno, collisione, ecc. sono diversi fattori chiave che causano la fuga termica delle batterie di alimentazione.
(1) Il surriscaldamento innesca la fuga termica
Il motivo del surriscaldamento della batteria di alimentazione deriva dall'irragionevole selezione della batteria e dal design termico, o dall'aumento della temperatura della batteria causato dal cortocircuito esterno, dall'allentamento del connettore del cavo, ecc., che dovrebbe essere risolto da due aspetti della progettazione della batteria e della gestione della batteria.
Dal punto di vista della progettazione del materiale della batteria, i materiali possono essere sviluppati per prevenire la fuga termica e bloccare la reazione di fuga termica; dal punto di vista della gestione della batteria, è possibile prevedere diversi intervalli di temperatura per definire diversi livelli di sicurezza, in modo da eseguire allarmi gerarchici.
(2) Sovraccarico innesca fuga termica
L'incidente di quest'anno sull'incendio di autobus elettrici è stato causato da "fuga termica innescata da sovrapprezzo". In particolare, lo stesso sistema di gestione della batteria mancava della funzione di sicurezza del circuito di sovraccarico, il che ha causato l'assenza di controllo del BMS della batteria ma il fermo.
Per questo tipo di sovraccarico, la soluzione è trovare prima il guasto del caricabatterie, che può essere risolto dalla piena ridondanza del caricabatterie; in secondo luogo, la gestione della batteria è irragionevole, ad esempio, la tensione di ogni batteria non viene monitorata.
Vale la pena notare che con l'invecchiamento della batteria, la consistenza tra le batterie peggiorerà sempre di più e il sovraccarico è più probabile che si verifichi in questo momento. Ciò richiede il bilanciamento dell'intero pacco batteria per mantenere la coerenza del pacco batteria.
Ad esempio, un pacco batteria collegato in serie che adotta il metodo di combinazione del pacco batteria più comune di "prima in parallelo e poi in serie", dopo aver risolto il problema di coerenza del monomero, il caso migliore è avere la stessa capacità del monomero di capacità più piccola. Con questa coerenza, la capacità è aumentata e allo stesso tempo può prevenire il sovraccarico.
Per ottenere coerenza, ci deve essere un modo per stimare la capacità di ogni cella. Ouyang Minggao suggerì che lo stato dell'intero pacco batterie può essere stimato in base alla somiglianza delle curve di ricarica.
In altre parole, finché è nota la curva di carica di una delle singole celle, le altre curve dovrebbero essere simili ad essa. Dopo che la curva cambia, possono approssimativamente coincidere e queste differenze nel corso della variazione della curva sono facili da calcolare. Secondo un monomero, altri monomeri possono essere calcolati. Con questo metodo, è possibile eseguire il suddetto equilibrio di coerenza. Naturalmente, questo algoritmo richiede troppo tempo e deve essere semplificato.
(3) Il cortocircuito interno innesca la fuga termica
L'aereo passeggeri Boeing 787 ha preso fuoco a causa di un'esplosione della batteria. Durante la ricerca della causa dell'incidente, è stato scoperto che c'erano oggetti metallici sull'elettrodo e sul diaframma, che causavano un cortocircuito interno. Sebbene gli esperti non possano confermare al 100% che la fuga termica è innescata da un cortocircuito interno, è la causa più probabile perché non c'è altra ragione e il cortocircuito interno non può "emergere".
Le impurità di produzione delle batterie, le particelle metalliche, l'espansione e la contrazione della carica e dello scarico, l'evoluzione del litio, ecc. possono causare cortocircuiti interni. Questo tipo di cortocircuito interno si verifica lentamente, per molto tempo, e non si sa quando sarà termicamente fuori controllo. Se la prova viene eseguita, la verifica non può essere ripetuta. Attualmente, esperti di tutto il mondo non hanno trovato un processo in grado di ripetere il cortocircuito interno causato da impurità, e sono tutti allo studio.
Per risolvere il problema del cortocircuito interno, dobbiamo prima trovare un produttore di batterie con una buona qualità del prodotto, selezionare la batteria e la capacità della cella della batteria; in secondo luogo, fare una previsione di sicurezza del cortocircuito interno e trovare il monomero con cortocircuito interno prima che si verifichi la fuga termica.
Ciò significa che i parametri caratteristici del monomero devono essere trovati e la consistenza può essere avviata per prima. La batteria è incoerente e anche la resistenza interna è incoerente. Finché trovi il monomero con variazione nel mezzo, puoi distinguerlo.
In particolare, il circuito equivalente di una batteria normale e il circuito equivalente di un micro-cortocircuito, la forma dell'equazione è in realtà la stessa, tranne per il fatto che i parametri della cella normale e della cella con il micro-cortocircuito sono cambiati. È possibile studiare questi parametri e vedere alcune delle loro caratteristiche nelle modifiche interne del cortocircuito.
Una delle caratteristiche è la differenza potenziale del monomero a cortocircuito interno, confrontando la sua resistenza interna con altri monomeri. Ouyang Minggao ha proposto che il personale di Ricerca e Sviluppo utilizzi modelli per identificare i monomeri. Dopo aver misurato la tensione e la corrente di ogni cella, utilizzando questi dati e combinando il modello, è possibile stimare la resistenza interna di ogni cella. Dopo aver stimato tutti i parametri del monomero, in base alle modifiche dei parametri, si può giudicare se la coerenza è cambiata in modo significativo.
4) Scappando termico del grilletto meccanico
La collisione è un tipico trigger meccanico per la fuga termica. I ripetuti incidenti di tesla sono la ragione di questo. Ouyang Minggao ha rivelato che la Tsinghua University e il MIT hanno lavorato insieme per analizzare la collisione di Tesla negli Stati Uniti. Se una simulazione di collisione viene eseguita in laboratorio, la cosa più vicina è l'agopuntura.
Il modo per risolvere la fuga termica innescata dalla collisione è quello di fare un buon lavoro di progettazione della protezione della sicurezza della batteria. Ciò richiede personale di ricerca e sviluppo per comprendere prima il processo di fuga termica.
In generale, dopo che si verifica una fuga termica, si diffonderà verso il basso. Ad esempio, dopo che il calore è fuori controllo nel primo trimestre, ci sarà il trasferimento di calore e inizierà a diffondersi, e quindi l'intero gruppo seguirà uno per uno come petardi. Per questo tipo di propagazione, è possibile stabilire un modello, tra cui la velocità di aumento della temperatura intermedia, la generazione di calore di energia chimica ed energia elettrica e la convezione di trasferimento del calore. L'intero modello di accoppiamento termoelettrico può essere utilizzato per una relativa analisi quantitativa con un calorimetro.
Con il modello di propagazione, il personale R&D può progettare come bloccare e sopprimere, il che richiede isolamento termico. Tuttavia, non è semplice aggiungere uno strato termoisolante. Da un lato, il volume è ispessito e, dall'altro, lo strato termoisolante e il raffreddamento sono contraddittori. Sono tutte questioni che devono essere risolte.
Insomma, in termini di espansione e soppressione termica, il personale di Ricerca e Sviluppo dovrebbe partire da due aspetti: la progettazione della protezione della sicurezza e la gestione delle batterie.