Sem kjarni aflgjafi nútíma rafeindatækja og rafbíla eru litíum-jónarafhlöður mikið notaðar í snjallsímum, rafknúnum farartækjum (EV) og persónulegum léttum rafknúnum farartækjum (PLEV) eins og e-vespum og rafhjólum. Þrátt fyrir kosti þeirra, mikla orkuþéttleika, langan líftíma og hraðhleðslu, er hitauppstreymi (TR) enn alvarlegasta öryggishættan við litíum-rafhlöður. Þegar hitastig rafhlöðunnar fer yfir mikilvæga þröskuld (venjulega 150-180 gráður), kemur það af stað óviðráðanlegu sjálfhitunarferli, sem losar mikið magn af hita og eitruðum lofttegundum, sem leiðir til elds eða jafnvel sprenginga.
Með tíðum eldslysum í PLEV rafhlöðum hefur það orðið sérstaklega brýnt að skilja djúpt hitauppstreymiskerfið og gera fyrirbyggjandi ráðstafanir. Þessi grein mun framkvæma kerfisbundna greiningu frá vélbúnaði til lausna.
I. Nauðsynleg einkenni hitauppstreymis
Thermal runaway er keðjuefnahvörf sem á sér stað þegar hitamyndunarhraði inni í litíum-jónarafhlöðu fer yfir hitaleiðnigetu hennar, með eiginleikum sjálf-viðhaldandi hröðunar þar til allt eldfimt efni í rafhlöðunni er uppurið. Helstu birtingarmyndir þess eru:
1. Óviðráðanleg hitastig
- Kveikjuþröskuldur: Útverma viðbrögð eiga sér stað milli raflausnar og rafskautsefna við 150-180 gráður.
- Hitastigshækkun: Hitinn sem losnar við hvarfið getur valdið því að hitastigið fari upp fyrir 1000 gráður.
- Fjölgunarhætta: Hátt hitastig getur valdið varmaútbreiðslu í aðliggjandi rafhlöðufrumum.
2. Gasgos og skeljarbrot
- Gassamsetning: Niðurbrot raflausna myndar eldfimar og eitraðar lofttegundir eins og vetni og kolmónoxíð.
- Þrýstingasöfnun: Skyndileg aukning á innri þrýstingi í lokuðu skelinni leiðir til rifs.
- Aukahamfarir: Lofttegundir sem sprungnar geta sprungið þegar þær lenda í neistaflugi.
3. Elds- og eiturgaslosun
- Eiginleikar bruna: Hitastig loga fer yfir 1000 gráður og bakskautsefni brotna niður til að losa súrefni sem styður bruna.
- Hin hefðbundna köfnunarslökkviaðferð er árangurslaus, krefst stöðugrar kælingarstýringar.
- Eitrað útblástur: Losun ætandi lofttegunda eins og flúorsýru (HF), sem skaðar öndunarfæri.
4. Varmaútbreiðslukerfi
II. Greining á fjórum örvandi þáttum fyrir hitauppstreymi
1. Vélræn misnotkun
- Árekstur og gata: Ytri kraftar valda skemmdum á skiljum, sem leiðir til innri skammhlaups (td fallslys á e-ökutæki).
- Titringsþreyta: Stöðugur titringur veldur ör-sprungum í rafskautum, sem eykur hættuna á staðbundinni ofhitnun.
- Tillögur um verkfræðilegar vernd: Í byggingarhönnun rafhlöðueininga getur notkun há-styrktar SMT koparröndunartengingar bætt vélrænan stöðugleika og dregið úr titringi-örvöldum ör-skemmdum.
2. Rafmagnsmisnotkun
- Ofhleðsla eða ofhleðsla veldur rýrnun á innri uppbyggingu
- Overcharging (>4,2V/frumur): Litíumhúðun á rafskautinu myndar dendrita sem komast í gegnum skiljuna.
- Yfir-losun (<2.5V/cell): Dissolution of copper current collectors leads to internal short circuits.
- BMS bilun: Rafhlöðustjórnunarkerfið bilar og getur ekki komið í veg fyrir óeðlilegt ástand.
3. Hitamisnotkun
- Hár umhverfishiti: Rafhlöður verða fyrir umhverfi yfir 60 gráðum (td inni í ökutækjum undir miklu sólarljósi).
- Ófullnægjandi hitaleiðni: Rafhlöður í einingum eru staflað of þétt, sem veldur hitauppsöfnun.
- Gallar í hitauppstreymi: Skortur á skilvirkri hönnun á hitaleiðni.
4. Framleiðslugallar
- Málmóhreinindi: Míkron-málmagnir sem eftir eru í framleiðsluferlinu komast í gegnum skiljuna.
- Aðskilnaðargallar: Ójöfn húðun leiðir til staðbundinnar einangrunarbilunar.
- Óæðri frumur: Fölsuð rafhlöður skortir öryggisventla (CID) og vernd fyrir jákvæðan hitastuðul (PTC).
Ⅲ.Thermal Runaway Prevention Technology System
1. Umbætur í hitastjórnunarhönnun
- Hitaeinangrunarhindranir: Keramikhúð/loftgel efni eru notuð til að seinka hitauppstreymi.
- Kælikerfi: EVs: Vökvakælihringrásarleiðslur; PLEVs: Aukin hitakökur + loftkælingarhönnun.
- Byggingarhagræðing: Á einingastigi getur hæfilegt skipulag SMT koparræma með mikilli hitaleiðni komið á skilvirkum hliðarhitaleiðni og ásamt fasabreytingarefnum til að bæta hitajafnvægi.
2. Greindur rafhlöðustjórnunarkerfi (BMS)
- Þreföld vöktun: Raun-skynjun á spennu, straumi og hitastigi.
- Virk vörn: Sjálfvirk stöðvun- vegna ofhleðslu/ofhleðslu-; Kvikt jafnvægi á frumuspennum.
- Snemma viðvörunarbúnaður: Þráðlaus sending óeðlilegra viðvörunarmerkja.
3. Eiginlega örugg efni
Samanburður á mismunandi rafhlöðuefnum
4. Verndarráðstafanir notenda-hliðar
- Hleðsluforskriftir: Notaðu upprunaleg hleðslutæki; Forðastu hleðslu yfir nótt; Haltu hleðslustigi á bilinu 20%-80%.
- Geymslukröfur: Kalt og loftræst umhverfi, fjarri eldfimum efnum.
- Óeðlileg auðkenning: Hættu strax að nota það þegar bunga eða sérkennileg lykt finnst.
Ⅳ. Framundan-vöktunartækni
- Reglugerðarstaðlar: Framfylgja öryggisvottun eins og UL 2271 og IEC 62619.
- Ábyrgð framleiðanda: Koma á frumrekjanleikakerfi; Útrýma hringrás óæðri rafhlöðu.
- Tækninýjungar: Stuðla að leysisuðustöðvatækni til að tryggja áreiðanleika raftenginga og draga úr staðbundinni ofhitnun af völdum snertiviðnáms.
Ⅴ.Niðurstaða
Með hraðri þróun rafflutninga- og orkugeymsluiðnaðar, krefst forvarnir gegn hitauppstreymi litíum-jónarafhlöðu fjöl-samvinnu í efnisrannsóknum og -þróun, verkfræðihönnun og notendafræðslu. Með því að hagræða hitastjórnunarhönnun (svo sem SMT koparrönd hitaleiðnikerfi), gera snjöll BMS kerfi vinsæl og stuðla að öruggum efnakerfum eins og LFP, getum við byggt upp áreiðanlegra vistkerfi fyrir orkugeymslu.
