1. Lityum-iyon pillerde termal kaçak sürecinin mekanizması
Lityum piller, lityum iyonlarının karbona (petrol kok ve grafit) negatif bir elektrot oluşturacak şekilde yerleştirilmesiyle oluşturulur. LixCoO2 yaygın olarak pozitif elektrot malzemesi olarak kullanılırken LixNiO2 ve LixMnO4 de kullanılır. Elektrolit olarak LiPF6+dietilen karbonat (EC)+dimetil karbonat (DMC) kullanılır. Termal kaçak için ana tetikleyici faktörler arasında mekanik hasar, aşırı şarj, dahili kısa devreler vb. yer alır. Çeşitli faktörlerin etkisi altında, lityum iyon pillerin içindeki aktif malzemeler şiddetli ekzotermik reaksiyonlara girer ve pilin iç sıcaklığı kontrol edilebilir aralığı aşar sonuçta termal kaçağa yol açar. Lityum-iyon pilin içinde meydana gelen ekzotermik kimyasal reaksiyonlar, katı elektrolit arayüz yüz maskesi SEI'nin ayrışmasını, negatif aktif malzeme ile elektrolit arasındaki reaksiyonu, negatif aktif malzeme ile bağlayıcı arasındaki reaksiyonu ve oksidasyon ayrışma reaksiyonunu içerir. elektrolitten.
Lityum-iyon pillerin şarj ve deşarj işlemi sırasında, elektrot aktif malzemesinin katı faz arayüzündeki vinil karbonat, negatif elektrot lityum ile reaksiyona girecek ve grafit yapışma yüzeyinde bir SEI filmi tabakası oluşturacaktır. Bu membran, elektrolit ile elektrotun her iki tarafındaki aktif malzemeler arasındaki reaksiyonu doğrudan yavaşlatabilir veya hatta önleyebilir, ekzotermik hızı önemli ölçüde azaltabilir ve pozitif ve negatif elektrot malzemelerinin stabilitesini artırabilir.
Sıcaklık 90-120 dereceye yükseldikçe SEI filmi ayrışmaya başlar ve bunu elektrolit ile negatif elektrot aktif malzemesi arasında ekzotermik bir reaksiyon izler. Örnek olarak vinil karbonat alındığında reaksiyon süreci denklemler (1) ve (2)'de gösterilmektedir:
Ekzotermik reaksiyon sırasında pilin iç sıcaklığı giderek artar. Farklı diyafram malzemelerinin kullanımına bağlı olarak erime noktaları da farklılık gösterir. Yaygın polipropilen diyaframın erime noktası 165 derece, polietilen malzemenin erime noktası ise 135 derecedir. Ayırıcı malzemenin erime noktası sıcaklığına ulaştıktan sonra, iç ayırıcı yerel büzülmeye uğrayarak pilin içindeki pozitif ve negatif elektrot malzemeleri arasında doğrudan temasa neden olur, bu da kısa devreye neden olur ve büyük miktarda ısı üretir. Kısa devre tarafından üretilen büyük miktardaki ısı, diyaframın hızla büzülmesine neden olarak ekzotermik reaksiyonun daha da şiddetlenmesine neden olur.
Aynı zamanda SEI filminin ayrıştığı ve ekzotermik reaksiyonlara uğradığı sıcaklık aralığında lityum tuzları da elektrolit ile yoğun ekzotermik reaksiyonlara girer. Lityum iyon piller için yaygın olarak kullanılan aktif malzeme türleri arasında lityum hekzaflorofosfat (LiPF6), lityum tetrafloroborat (LiBF4) vb. yer alır. Lityum heksaflorofosfat, yüksek sıcaklıklarda ayrışarak PF5'i üretir ve bu da CO'nun oksijen atomlarını almak üzere solventle daha da reaksiyona girer bağlanır ve şiddetli bir ekzotermik reaksiyona girer, bu da elektrolitin ayrışmasını daha da hızlandırır. Aynı zamanda, lityum hekzaflorofosfat ile solvent arasındaki oksidasyon-indirgeme reaksiyonu da oldukça toksik bir gaz olan hidroflorik asidi (HF) açığa çıkarır. Spesifik reaksiyon süreci denklemler (3) ila (5)'te gösterilmektedir:
Aynı sıcaklık aralığında elektrolitin kendisi bir ayrışma reaksiyonuna girer ve az miktarda yanıcı gaz açığa çıkarır. Termal kaçak sürecini analiz etmek için kalorimetre oranı kullanıldığında, elektrolit ayrışması tarafından üretilen gazların esas olarak C2H4, CO ve H2'den oluştuğu bulunmuştur. Elektrolit hızla buharlaşır ve akünün iç basıncını artırır. İç basınç, basınç tahliye vanasının sınırına ulaştığında, büyük miktarda yanıcı gaz püskürtülecek ve bu da termal kaçağın yayılmasını daha da şiddetlendirecektir. Elektrolitin tamamen yanmasıyla ortaya çıkan ısı, ayrışma reaksiyonuyla açığa çıkan ısıdan çok daha fazladır. Etilen karbonat (EC) ve propilen karbonat (PC) örnek olarak alındığında, elektrolit oksidasyonu (6)~(7) ve eksik oksidasyonun (8)~(9) reaksiyon süreçleri aşağıdaki gibidir:
Pilin iç sıcaklığı giderek arttıkça pozitif elektrotun aktif malzemesi ayrışmaya başlar. Farklı aktif maddelerin kullanımına bağlı olarak ekzotermik reaksiyonların meydana geldiği sıcaklık da değişir. Pozitif elektrot aktif malzemesinin ayrışması oksijen üretir ve bu oksijen daha sonra dahili aktif malzeme ile reaksiyona girerek pilin içinde büyük miktarda gaz üretir. Reaksiyon süreci aşağıdaki gibidir:
Sıcaklık 136 dereceyi aştığında, bağlayıcı poliviniliden florür (PVDF) lityum ile reaksiyona girerek hidrojen gazı üretecektir. Reaksiyon süreci aşağıdaki gibidir:
SEI filminin erimesi ve ısıyı absorbe etmesi dışında, yukarıdaki kimyasal reaksiyonların tümü ekzotermik reaksiyonlardır. Elektrolit ayrışmasının, ayırıcının, pil aktif malzemesinin ve yapıştırıcının ısı salınımı, toplam ısı salınımının sırasıyla %43,5, %30,3, %20,1 ve %6,2'sine karşılık gelir. Pilin pozitif ve negatif aktif maddeleri ile elektrolit arasındaki reaksiyon en büyük ısı kaynağıdır.
2. Lityum-iyon pillerde termal kaçağı tetikleyen faktörler
Lityum-iyon pillerdeki termal kaçağı tetikleyen faktörler üç kategoriye ayrılabilir: mekanik kötüye kullanım (iğne delinmesi, sıkıştırma deformasyonu, dış çarpışma), elektriksel kötüye kullanım (aşırı şarj ve aşırı deşarj, kısa devre) ve termal kötüye kullanım (termal yönetim sistemi) arıza). Mekanik kötüye kullanım, lityum pillerde kolayca dahili kısa devrelere neden olabilir ve bu da termal kaçaklara neden olabilir; Elektriğin kötüye kullanılması durumunda, pillerin aşırı şarj edilmesi ve boşaltılması dahili yan reaksiyonlara neden olabilir, bu da pil hücrelerinin yerel olarak aşırı ısınmasına ve termal kaçağa neden olabilir; Harici kısa devre, aşırı yüksek akımların hızlı ısınmaya neden olduğu ve hatta akü terminallerinin kaynaşmasına neden olduğu, akülerin hızla boşalmasına neden olan tehlikeli bir durumdur; Termal kötüye kullanım durumunda, termal yönetim sisteminin arızası sıklıkla dahili diyaframın büzülmesini ve ayrışmasını tetikler ve sonuçta dahili kısa devrelere ve termal kaçaklara yol açar.
Ayrıca pilin kendi durumu da termal kaçağa neden olan önemli faktörlerden biridir. Akü şarj ve deşarj döngülerinin artması ve dendrit üretimi sırasında karışan yabancı maddelerin indüksiyonu ile ayırıcıyı delmesi kolay olan ve aküde yerel kısa devrelere neden olan metal dendritler gibi olumsuz yan reaksiyonlar üretilir.
2.1 Termal kötüye kullanımın neden olduğu pil termal kaçakları üzerine araştırma
Lityum-iyon pillerin literatürde oluşturulan elektrokimyasal termal kuplaj aşırı şarj ısı kaçış modeline göre, lityum-iyon piller genellikle sıcaklık 80 dereceye ulaştığında kendi kendine ısınmaya başlar. Pilin ısısı taştığında ve etkili bir şekilde serbest bırakılamadığında, pilin termal yönetimi pil sıcaklığında kontrol edilemeyen bir artışa yol açacak ve bu durum yerel hücrelerden güç pil paketine yayılarak bir dizi yan reaksiyona ve termal kaçağa neden olacaktır.
Pilin içinde termal suistimal kendiliğinden meydana gelmez. Çoğu zaman, mekanik kötü kullanım veya diğer nedenlerden dolayı, pilin iç sıcaklığı bir eşiğe yükselir ve pilin yerel alanları ısınır, bu da termal kötüye kullanıma yol açar ve sıcaklık kontrolünün daha da tetiklenmesine ve pilin kendiliğinden tutuşmasına neden olur.
Aynı zamanda termal kaçak, deneysel pil kaçak süreçlerini test etmek ve pil termal kaçak sırasındaki güvenlik özelliklerini tespit etmek için bir araştırma yöntemi olarak da kullanılmıştır. 1999'da KITOH ve ark. harici ısıtma yöntemlerine dayalı olarak yüksek spesifik enerji gücüne sahip pillerin termal kaçak güvenlik özelliklerinin izlenmesi üzerine bir araştırma gerçekleştirdi. O zamandan beri adyabatik enerji yöntemi, lityum iyon pillerin termal kaçak sıcaklık eşiğini test etmek için yaygın olarak kullanıldı. Termal kötüye kullanımla ilgili mevcut araştırmalar esas olarak pillerin harici radyasyonla ateşlenmesine dayanmaktadır. Liu Mengmeng, çoklu endojen geçici ısı üretim modeli ve elektrokimyasal termal bağlantı modeli kurdu. Radyasyonla ısıtma yöntemine dayalı olarak, pillerin termal suiistimalden kaynaklanan kendiliğinden tutuşma sonrası güvenlik özellikleri incelenmiştir. Bataryanın yanması üç aşamaya ayrılabilir; enjeksiyonlu yanma, kararlı yanma ve ikincil enjeksiyonlu yanma. LI ve ark. termal kötüye kullanımın neden olduğu termal kaçak arka planı altında deşarj akımının sıcaklık üzerindeki etkisini inceledi. Deşarj akımı sabit olduğunda, kalite kaybının, güvenlik karakteristik parametrelerinin, termal kaçak başlangıç sıcaklığının ve termal kaçak prosesi sırasındaki tepe sıcaklığının tamamının akü kapasitesine bağlı olduğu bulunmuştur.
2.2 Kötü elektriğin neden olduğu pil termal kaçakları üzerine araştırma
Pilin termal kaçmasının yaygın nedenleri arasında aşırı şarj ve deşarj, dahili kısa devreler, harici kısa devreler vb. yer alır.
(1) Aşırı şarj ve aşırı deşarj
Lityum iyon pildeki şarj deşarj döngüsünün tamamlanması sırasında, BMS pil yönetim sistemi normalde şarj durumuna bağlı olarak şarj akımını bloke edecektir. BMS sistemi arızalandığında, pilin aşırı şarj edilmesi kolaylıkla ciddi kendiliğinden tutuşma kazalarına neden olabilir. Şarj sırasında SOC eşiğine ulaştıktan sonra, lityum metali negatif elektrot aktif malzemesinin yüzeyine yapışacak ve bağlı lityum, belirli bir sıcaklıkta elektrolit ile reaksiyona girerek büyük miktarda yüksek sıcaklıkta gaz açığa çıkaracaktır. Aynı zamanda, aşırı lityum uzaklaştırılması ve negatif elektrot ile büyük potansiyel farkı nedeniyle pozitif elektrot aktif malzemesi erimeye başlar. Pozitif elektrot potansiyeli elektrolitin güvenli voltajını aştığında, elektrolit de pozitif elektrot aktif malzemesiyle bir oksidasyon reaksiyonuna girecektir. Aşırı şarj işlemi sırasında, Ohmik ısınma ve gaz taşması gibi bir dizi yan reaksiyon meydana gelebilir ve bu da termal kaçak oluşumunu şiddetlendirir.
Lityum iyon pillerin aşırı şarj edilmesi sırasında açığa çıkan gaz esas olarak CO2, CO, H2, CH4, C2H6 ve C2H4'ten oluşmakta ve şarj akımının artmasıyla birlikte gaz hacmi ve ısısı da artmaktadır. Ortak analiz için hızlandırılmış bir kalorimetre ve bir pil döngüsü analizörü kullanılarak yapılan deney, sabit akım sabit voltajına dayalı aşırı şarj tehlikesinin, doğrudan sabit akımla aşırı şarj etmekten çok daha büyük olduğunu göstermektedir. Ren ve ark., kompozit pozitif elektrot ve grafit negatif elektrotun farklı deney ortamlarındaki aşırı şarj performansına dayanarak. Şarj akımının, ayırıcı malzemenin ve ısı dağıtım sisteminin etkileri kapsamlı bir şekilde değerlendirildi. Çalışma, NCM pillerinin aşırı şarj edilmesi sırasında açığa çıkan ısı miktarının, şarj akımının büyüklüğü ile yakından ilişkili olmadığını buldu. Farklı ayırıcı malzemelerin erime noktası ve pilin deformasyonu ve şişmesi, lityum iyon pillerin termal kaçaklarına neden olan ana faktörlerdir. Wang ve diğerleri. aşırı şarj edilmiş lityum pillerin termal yayılma yolunu ve yüksek sıcaklıktaki gaz taşma yolunu analiz etti ve pilin aşırı şarjı sırasında lityum birikmesi ile elektrolit arasındaki reaksiyonun ürettiği ısının %43'ten fazla olduğunu buldu. Zhang ve diğerleri. artan kapasitans diferansiyel voltajına dayalı olarak pil paketi kapasitesinin bozulma mekanizmasını inceledi ve tek bir aşırı şarjın pil kapasitesi üzerinde çok az etkiye sahip olduğunu, ancak pozitif elektrot aktif malzemesi delityumlaşana kadar aşırı şarjdan sonra pil paketinin termal stabilitesini ciddi şekilde etkileyeceğini buldu.
Aşırı deşarjın neden olduğu zarar çok daha küçüktür. Erken aşırı deşarjın pilin termal kaçak yapmasına neden olması zordur, ancak pil kapasitesini etkileyebilir. Zhou Ping ve diğerleri. aşırı deşarjdan sonra nikel kobalt manganez NCM üçlü lityum pillerin deşarj özelliklerini inceledi. Statik deşarj işlemi sırasında NCM lityum pil içindeki kısa devrenin derecesi azalır, direnç artar ve deşarj akımı azalır. Deneyler, deşarjın derinliği ne kadar büyük olursa, pil paketi içindeki bireysel hücrelerin zayıflama derecesinin de o kadar yüksek olduğunu göstermiştir. Ma ve ark. Lityum pillerin aşırı deşarj deneyinde, aşırı deşarjın pilin aktif malzemelerinin yapısını değiştirmediği, ancak negatif elektrot akım toplayıcısının çözünmesine neden olabileceği, SEI filminin kalınlığını artırabileceği ve pilin yaşlanmasını hızlandırabileceği bulundu. Lityum iyon pilin aşırı deşarj sürecindeki davranış özellikleri şekilde gösterilmiştir.
(2) Harici kısa devre
Harici kısa devreler de güç akülerindeki termal kaçağın önemli bir nedenidir. Chen ve diğerleri. ısı üretimi, dağıtımı ve yayılım modellerinin kombinasyonuna dayalı yeni bir elektrikli termal bağlantı modeli geliştirdi. Araştırmalar, lityum iyon pillerin harici kısa devre koşulları altında en yüksek sıcaklığının elektrot kulağının kenarında bulunduğunu göstermiştir. Ma Taixiao ve ark. Güç pillerinin harici kısa devre durumunda, yan reaksiyonlar tarafından üretilen ısının, elektrokimya tarafından üretilen ısıdan çok daha küçük olduğunu ve elektrokimya tarafından üretilen ısının, başlangıçtaki SOC ile pozitif, ancak sıcaklık zirvesi ile negatif olarak ilişkili olduğunu buldu. termal stres.
(3) Dahili kısa devre
Pilin içinde oluşan ve BMS sistemi tarafından tespit edilmesi zor olan dahili kısa devre, lityum iyon pillerdeki termal kaçağın ana nedenidir. Pil aşırı şarj edildiğinde veya aşırı boşaldığında, lityum dendritler yavaş yavaş büyüyerek SEI filmine nüfuz eder, dahili kısa devrelere neden olur ve hızla kontrol edilemeyen sıcaklık artışına ve termal kaçağa yol açar. Ayrıca pillerin zorlu üretim süreçlerinin neden olduğu kafes hasarı veya akım toplayıcı çapakları da dahili kısa devrelere yol açabilir.
2.3 Mekanik kötü kullanımın neden olduğu akü termal kaçakları üzerine araştırma
Otomotiv güç akülerinin uygulanmasında kazalar kaçınılmaz olarak mekanik arızalara neden olur. Pil paketinin delinme ve sıkışma gibi dış kuvvetler nedeniyle deforme olması durumunda, iç yapısal değişikliklere neden olabilir ve hatta aşırı stres altında pozitif ve negatif kutupların doğrudan teması nedeniyle termal kaçaklara yol açabilir. Bu nedenle, mekanik kötüye kullanımın neden olduğu pil termal kaçakları üzerine araştırma yapılması gerekmektedir; bunların arasında Fan Wenjie ve Xu Huiyong, sonlu elemanlar modellemesine ve sayısal izleme analizine dayalı olarak mekanik kötüye kullanımın neden olduğu termal kaçak üzerine araştırma yürütmüştür.
Wang ve diğerleri. yumuşak paket lityum iyon pillere dayalı olarak çarpışma sonrasında pil paketinin kesit değişiklikleri üzerine bir çalışma gerçekleştirdi. Delinme deneyi, delme işlemi sırasında pil paketinin içinde çok sayıda yerel deformasyon ve kesme kırılması katmanının ortaya çıktığını, akım toplayıcının ve pozitif elektrot aktif malzemesinin yırtılmasının yanı sıra pilin iç yapısının yeniden düzenlendiğini buldu. Ayırıcının delinmesinden kaynaklanan paket, pil içindeki kısa devre termal kaçağının temel nedenleriydi. Kuzu ve ark. bilgisayarlı tomografi teknolojisine dayalı olarak 18650 silindirik lityum iyon pilin delinme koşulları altındaki deformasyon durumunu inceledi. Deney, pozitif ve negatif elektrotlar arasındaki sızma olgusunun dahili kısa devre oluşumunu artırdığını buldu. Kısa devre sırasında, iliştirilen alüminyum folyo erir ve delinme çatlağında çok sayıda metal boncuk oluşur. Li ve diğerleri. Delinmeye, sıkışmaya vb. dayalı çeşitli mekanik kötü kullanım durumları için sonlu eleman analiz modelleri oluşturdu ve atık pillerin parametrelerini kullanarak pillerin termal kaçak sürecini tahmin etmek için bir öğrenme algoritması geliştirdi. Mekanik kötüye kullanımın lityum iyon pillerin güvenliği üzerindeki etkisi, darbe kuvveti, çarpışma açısı ve deformasyon aralığı dahil olmak üzere sekiz tür parametreye dayalı olarak analiz edildi ve hesaplama karmaşıklığı önemli ölçüde azaltıldı.
Pratik uygulamalarda meydana gelen mekanik istismar, delme ve sıkıştırma gibi tekil deneylerden daha karmaşıktır. Yalnızca deneysel simülasyona güvenmek, pilin mekanik olarak kötüye kullanılmasının güvenlik özelliklerini derinlemesine inceleyemez. Temel çözüm, çarpışma durumunda güç aküsü paketinin deformasyonunu ve sıkışmasını en aza indirmek için akü kurulum konumunu optimize etmek, güvenilir bir BMS sistemi ayarlamak ve güç aküsü paketini tasarlarken araç şasisinin tasarımını optimize etmektir. .
3. Lityum-iyon pillerin termal kaçaklarına karşı önleyici tedbirler ve yöntemler
Güç pillerinin termal kaçaklarını engellemek, geciktirmek ve önlemek amacıyla birçok bilim adamı pil paketi termal yönetimi, yüksek mukavemetli pil paketi yapı tasarımı ve diğer hususlar üzerine araştırmalar yürütmüştür.
3.1 Bireysel akülerin güvenlik tasarımı
(1) Diyafram Tasarımının Güvenliği Üzerine Araştırma
Diyaframın güvenliğini arttırmanın özü, diyaframın büzüldüğü ve eridiği sıcaklığın arttırılmasında ve böylece yüksek sıcaklık izolasyon kabiliyetinin arttırılmasında yatmaktadır. Diyaframın yüksek sıcaklık izolasyon yeteneği, mikro gözeneklerinin yüksek sıcaklıktaki bir ortamda kapatılmasını sağlayarak lityum iyonlarının akışını engeller. Yaygın olarak kullanılan diyafram malzemeleri genellikle seramik kaplamalarla veya kapalı hücre etkisine sahip diğer malzemelerle kaplanır.
(2) Pozitif Elektrot Malzemelerinin Güvenliği Üzerine Araştırma
Güç pili pazarında kullanılan en yaygın lityum iyon pozitif elektrot aktif malzemeleri genellikle LiCoO2, LiFePO4, LiMn2O4, LiNixCoyMnzO2 (NCM) vb.'dir. Termal kaçma yan reaksiyonlarını engellemek ve hafifletmek, pil döngüsünü iyileştirmek için pozitif elektrodu kaplayacak malzemelerin kullanılması ve ZrO2 ve AlF3 gibi termal stabilite. Zhang ve diğerleri. çekirdek olarak Ni ve bağlı parçacıkların dış katmanını kaplayan Mn ile atomik konsantrasyonun gradyan dağılımına dayanan katmanlı bir üçlü NCM malzemesi geliştirdi. Testler, birden fazla yüksek sıcaklık ve aşırı şarj koşullarında bile iyi çevrimi ve termal stabiliteyi koruyabildiğini göstermiştir.
(3) Negatif Elektrot Malzemelerinin Güvenliği Üzerine Araştırma
Negatif elektrot güvenliğinin iyileştirilmesi esas olarak SEI filminin termal stabilitesini arttırmak için malzeme kaplama veya elektrolite katkı maddeleri ekleme yoluyla elde edilir. Xu ve diğerleri. Pilin termal stabilitesini artırmak için elektrolite sıvı alaşım GaSnIn eklendi. Deney, hazırlanan gradyan SEI katmanının voltaj polarizasyonunu büyük ölçüde azalttığını ve Coulomb verimliliğini %99,06'ya çıkardığını gösteriyor. Zheng ve diğerleri. lityum dendrit büyümesini baskılamak için ultra ince bir aramid nanofiber (ANF) membran hazırladı. Deneysel testte, 50mA/cm2'lik yüksek akım yoğunluklu bir ortamda, ANF-Li|LiFePO4 dolu pil, 1200 döngüden sonra %80,2'ye düştü. Ve ilk defa, araştırmaları lifli lityum birikimini keşfetti ve nano ölçekli gözeneklerle hazırlanan ANF membranı, elektrolit difüzyonunu destekledi, lityum taşıma verimliliğini hızlandırdı ve membrana nüfuz eden mikrometre boyutunda lityum dendritlerin dezavantajlarını ortadan kaldırdı.
(4) Elektrolitlerin Güvenliği Üzerine Araştırma
Termal kaçak kazalarının çoğu elektrolit içerir ve termal kaçakları önlemek için elektrolit güvenliğinin arttırılması çok önemlidir. Alev geciktiriciler, katı polimer maddeler veya iyonik sıvılar genellikle aşırı şarjı önleyici katkı maddeleri olarak elektrolite eklenir. Florlu etilen karbonat (FEC), SEI film bileşimini değiştirerek negatif elektrotta tersinir lityum gideriminin Coulombic verimliliğini artırma avantajına sahip en yaygın elektrolit katkı maddesidir. Li ve diğerleri. karışık bir fosfat elektrolitinde ana tuz olarak lityum difloroboratı (LiDFOB) kullanarak çift katmanlı kristal ve polimer katı elektrolit fazlar arası SEI filmi tasarladı. Alev geciktirici deneyi, alev geciktirici elektrolitin kendi kendine sönme süresinin 6,1 saniye olduğunu ve Li'nin tersinir verimliliğinin %98,2 olduğunu gösterdi. 150 şarj deşarj döngüsünden sonra pil kapasitesinin hala %89,7'sini korudu.
3.2 Güç aküsü sisteminin güvenlik koruması ve optimizasyon tasarımı
(1) Pil takımı yapısının optimizasyon tasarımı
Akü paketi yapısının tasarımı ve araç montaj konumunun optimizasyonu güvenliğin artırılması açısından çok önemlidir. Chen ve diğerleri. 18650 pil düzenine dayalı olarak termal kaçak aralığının etkisi üzerine bir sınıflandırma deneyi gerçekleştirdi. Deney, daha büyük ısıtma alanlarına sahip alanlarda tutuşma süresinin daha kısa olduğunu, yayılma hızının ve aralığının daha büyük olduğunu göstermektedir. Ancak deneyi yalnızca güç pili modülünün genel ısınmasını dikkate aldı ve dahili kısa devrelerin neden olduğu yerel aşırı ısınmayı hesaba katmadı. Liu Zhenjun ve ark. pil paketinin tasarımını, güç pil paketinin üç boyutlu ısı dağılımı modeline dayanarak optimize etti ve ısı dağıtımı simülasyonu gerçekleştirdi. Deney, optimize edilmiş lityum iyon pilin tepe sıcaklığının 46 dereceden 34 dereceye düştüğünü ve tek tek hücreler arasındaki sıcaklık farkının 5 derece içinde kontrol edildiğini gösterdi.
(2) Batarya Termal Yönetim Sisteminin Tasarımı
Lityum iyon piller güçlü termal duyarlılığa sahiptir ve düşük sıcaklıkta deşarj verimliliğinin ve yüksek sıcaklık güvenliğinin iyileştirilmesi, pil termal yönetim sistemlerinin temelini oluşturur. Pil paketlerine yönelik soğutma yöntemleri arasında sıvı soğutma ve hava soğutma yer alır. Tesla'nın elektrikli araçlarının tamamı sıvı soğutma teknolojisini kullanırken, elektrikli otobüsler genellikle hava soğutmasını kullanıyor. Son yıllarda aerojeller, faz değiştiren malzemeler ve hibrit malzemeler, mükemmel ısı emme verimliliklerinden dolayı batarya termal yönetim sistemlerinde kullanılmaya başlanmıştır. Wu ve diğerleri. batarya termal yönetim sistemi için hidrojel bazlı esnek bir malzeme geliştirdiler. Düşük maliyetli sodyum poliakrilat malzeme kullanılmaktadır. Son derece güçlü plastiği, çeşitli şekillerde yapılabilir ve pil paketine yerleştirilebilir; bu, geleneksel hava soğutmanın ve sıvı soğutmanın ısı dağıtma etkisini ekonomik olarak gerçekleştirebilir.
(3) Akünün termal kaçması için soğutma, söndürme, engelleme ve gaz yönlendirme tasarımı
Pilin termal kaçması kaçınılmaz olduğunda, ısı yayılmasını derhal bloke etmek ve soğutmak ve yakına monte edilen pilleri etkilemekten kaçınmak için yüksek sıcaklıktaki gazları yönlendirmek özellikle önemlidir.
Termal kaçakların yayılmasını engellemenin ana yolları şunlardır: alev geciktirici ortamla doldurmak, termal kaçak pilleri izole etmek için yalıtım malzemeleri kullanmak veya alevleri ve yüksek sıcaklıktaki gazları pil paketinden yollar aracılığıyla yönlendirmek. Xu ve diğerleri. Şekil 5'te gösterildiği gibi pil boyunca düzenlenmiş dikdörtgen kesitli şekle sahip bir yüksek sıcaklık gaz ısı dağıtım tüpü geliştirdi. Bireysel pillerde termal kaçak oluşumunu engelleyemese de, yerel termal kaçakların pillerde yayılmasını etkili bir şekilde önleyebilir. pil paketleri. Li Haoliang ve diğerleri. inert gazlara ve karışık soğutuculara dayalı bir termal yayılma engelleme sistemi ve entegre kontrol sistemi tasarladı. Isı dağılım şemasına ve ısıtma ivmesine bağlı olarak engelleme sistemi için bir eşik belirlenir. Deney, pil paketi yerel olarak aşırı ısındığında ısı yayılımını etkili bir şekilde engelleyebileceğini gösteriyor.
4. Sonuç
Makale, lityum iyon güç pillerindeki termal kaçakların tetikleme mekanizması, nedenleri ve güvenlik izleme yönetimi hakkındaki literatürü özetlemektedir.
(1) Termal kaçak mekanizması araştırmasında, lityum iyon pillerin ana bileşenlerinin termal stabilitesi ve ısı salınımı kanunu analiz edildi ve elektrolit ayrışması, ayırıcı, pil aktif malzemeleri gibi reaksiyon ısı salınım işlemlerinin prensipleri ve esas olarak yapıştırıcılar anlatıldı.
(2) Termal kaçmayı tetikleyen faktörler üzerine yapılan araştırmada, farklı tetikleme koşullarının özellikleri ve nedenleri sınıflandırılmış ve özetlenmiştir; bunlar; mekanik kötü kullanım, elektriksel kötü kullanım ve termal kötü amaçlı kullanımın neden olduğu pil termal kaçağıdır.
(3) Termal kaçakların önlenmesi ve izlenmesi açısından bu makale, lityum iyon güç pillerinin termal kaçaklarının güvenliğini üç açıdan iyileştirmeye yönelik araştırmaları detaylandırmaktadır: lityum iyon pil hücrelerinin optimizasyon tasarımı, güç pil sistemlerinin optimizasyonu ve akü termal yönetimi ve izleme uyarı sistemleri.
Lityum iyon pillerdeki termal kaçak çalışmasında önemli ilerlemeler kaydedilmiş olmasına rağmen, bazı araştırma alanlarında hala boşluklar bulunmaktadır. Lityum-iyon pillerdeki çevrim sürelerinin üst üste binmesinin neden olduğu yaşlanmanın güvenlik üzerindeki etkisine ilişkin araştırmalar ancak son yıllarda başlamıştır; özellikle yaşlanma yolu ve termal kararlılık üzerindeki mekanizmanın deneysel çalışması hala nispeten azdır. Aynı zamanda, termal kaçak meydana geldikten sonra alev yayılımının tahmini ve modellenmesi üzerine yalnızca birkaç deneysel çalışma bulunmaktadır ve alev yayılımının sayısal simülasyon analizinde hala eksiklik bulunmaktadır. Lityum-iyon güç pillerinde termal kaçağın güvenlik yönetiminin, özellikle uyarı ve engelleme yönünde hala geliştirme aşamasında olduğu ve bunun daha fazla araştırma gerektirdiği görülmektedir.