Pin nguồn không tự cháy được cấu tạo như thế nào?
Vài ngày trước, CCTV' s" Hôm nay' s Tuyên bố" Chuyên mục đã đưa tin một vụ tai nạn tự phát trên Samsung Note 4 vào năm 2017 khiến một bé gái 4 tuổi bị bỏng mặt. Điện thoại di động của Samsung&# 39 thậm chí còn bị cấm mang lên máy bay do sự cố cháy tự phát.
Nếu quá trình đốt cháy tự phát của pin điện thoại di động 3.500 mAh có thể khiến bạn bị thương, thì bắt đầu từ 16kWh, hậu quả của việc đốt cháy tự phát đối với xe điện thuần túy có công suất tối đa trên 80kWh sẽ còn khủng khiếp hơn.
Tuy nhiên, vụ tai nạn về pin của Tesla dường như vẫn chưa bị gián đoạn. Trước đó, một vụ cháy nổ nghi do pin của Tesla Model S cũng được phát hiện tại Hong Kong. Xe cập bến tháng 9/2015.
Nhìn lại các vụ tai nạn gần đây, về cơ bản các mẫu xe đều là Model S thế hệ đầu tiên được đưa ra thị trường vào năm 2013-2015, thời lượng pin trên 4-6 năm.
& quot; ghi đầu tiên" của Model S xuất hiện vào tháng 10 năm 2013 - khi một chiếc Model S đang lái, khung xe va phải một vật sắc nhọn. Sau đó chiếc xe phát ra tiếng chuông báo động và chủ xe bỏ xe bỏ chạy. Sau 20 phút, chiếc xe bắt đầu bốc cháy, khung xe Model S bị thiêu rụi.
Trên thực tế," Ghi đầu tiên" đã bộc lộ một cách mơ hồ về hậu quả khủng khiếp của việc tự phát cháy pin lithium dung lượng lớn như vậy, và nguyên nhân cơ bản nằm ở việc pin lithium sạc nhanh và nhả nhanh, không chỉ gây hư hỏng lớn cho pin mà còn ảnh hưởng đến việc quản lý nhiệt của pin. Yêu cầu rất cao, và Model S hoàn toàn tương ứng với hai điểm trên.
An toàn của pin là điều kiện tiên quyết chính để chúng ta tận hưởng cuộc sống tiện lợi do quá trình điện khí hóa mang lại. Để đảm bảo an toàn cho ắc quy xe điện, dù ở quốc gia nào thì các nhà sản xuất ắc quy hay xe ô tô cũng đã dày công chăm chút cho việc này.
Ngày nay, những loại ắc quy điện nào đang được sử dụng và quốc gia, OEM và nhà sản xuất ắc quy điện đảm bảo an toàn cho ắc quy của xe điện như thế nào? cuộc sống này.
Nguồn pin hôm nay
Sau nhiều năm phát triển, xe điện thuần túy và xe hybrid đã mở ra một cuộc bùng nổ toàn diện vào năm 2018. Đáp ứng của thị trường pin điện là sự gia tăng liên tục các lô hàng pin điện.
Pin nguồn không tự cháy được cấu tạo như thế nào?
Các lô hàng pin điện trong 10 tháng đầu năm 2018 đã vượt qua năm 2017, với mức tăng trưởng hơn 84% so với cùng kỳ năm trước và tổng công suất lắp đặt đạt 56,89GWh.
Với sự ra mắt liên tục của các mẫu xe năng lượng mới từ các OEM cũ trong năm 2019 và sự xuất hiện của các công ty xe điện mới, con số này dự kiến sẽ tiếp tục tăng trong năm 2019.
Hiện tại, các loại pin chính được sử dụng trong các loại xe chạy bằng năng lượng mới trên thị trường là loại pin lithium bậc ba được sử dụng rộng rãi nhất, pin lithium iron phosphate an toàn và ổn định và pin hyđrua niken-kim loại độc quyền của Toyota'
So sánh các loại xe điện trước năm 2017, có thể thấy rằng mật độ năng lượng của pin điện đã tăng từ 103,3Wh / kg lên 142,4Wh / kg và quốc gia này đã đặt mục tiêu 300kWh / kg vào năm 2020. Lý do cơ bản cho việc này mật độ năng lượng của pin tăng lên đáng kể nằm trong ứng dụng rộng rãi của pin lithium bậc ba.
Các phương tiện sử dụng pin năng lượng lithium bậc ba bao gồm mô hình 3, Corolla e +, BYD Yuan EV và nhiều mô hình năng lượng mới phổ biến khác.
Pin nguồn không tự cháy được cấu tạo như thế nào?
Lợi thế của liti bậc ba nằm ở mật độ năng lượng cao của nó. Hiện tại, pin Tesla và Panasonic tiên tiến nhất có thể đạt gần 300kWh / kg, trong khi CATL và BYD hiện có thể đạt mức 200kWh / kg. Hiện tại, vật liệu pin lithium bậc ba vẫn còn nhiều chỗ để cải tiến. . Tuy nhiên, hiệu suất an toàn và chu kỳ của pin không tốt bằng pin lithium iron phosphate, và chúng bị nhà nước cấm sử dụng trên các phương tiện chở khách.
Thị phần chỉ đứng sau lithium bậc ba là pin lithium sắt phosphate. Do tính năng an toàn vượt trội, chúng chủ yếu được sử dụng trong các loại xe thương mại. Hiện tại, xe buýt điện chạy trên đường phố chủ yếu sử dụng pin lithium iron phosphate.
So với pin lithium bậc ba, sự bay hơi của chất điện phân xảy ra ở 200 độ C, dễ xảy ra hiện tượng cháy tự phát. Pin Lithium iron phosphate sẽ chỉ gặp vấn đề này ở nhiệt độ 800 độ C. Tuy nhiên, BYD có mật độ pin cao nhất hiện nay chỉ có thể đạt 150kWh / h. Dòng BYD Dynasty, sử dụng pin lithium iron phosphate, cũng đã chuyển sang sử dụng pin lithium bậc ba.
Hiện tại, mật độ năng lượng của pin lithium iron phosphate gần với giới hạn lý thuyết, không còn nhiều chỗ để cải thiện. Hơn nữa, dung lượng sẽ giảm dưới 20% sau khi sạc 100 lần dưới -10 độ, và về cơ bản là khó sử dụng trong môi trường lạnh.
Đối với pin hyđrua niken-kim loại độc quyền của Toyota' mặc dù độ an toàn và độ tin cậy đã được thử nghiệm trong nhiều năm, nhưng không có tai nạn về an toàn pin nào xảy ra sau nhiều năm sử dụng. Tuy nhiên, Toyota đã đặt ra quá nhiều rào cản về bằng sáng chế trong vấn đề này, khiến các nhà sản xuất khác khó sử dụng.
Thời gian chu kỳ của pin Ni-MH rất thấp và chỉ có thể có chu kỳ sạc thấp và xả thấp. Toyota Prius giữ pin ở mức 40% đến 60% dung lượng. Ngoài ra, mật độ năng lượng thậm chí còn thấp hơn so với pin lithium iron phosphate, vì vậy nó không thể được sử dụng trong các mô hình hybrid và mô hình điện thuần túy. Các mẫu xe hybrid và mẫu xe chạy điện thuần túy của Toyota&cũng sử dụng pin lithium bậc ba.
Dựa vào thị phần rộng rãi của pin lithium bậc ba và pin lithium iron phosphate, các lô hàng năm 2018 của CATL đã vượt qua Panasonic, vốn dựa vào Tesla và Toyota và các mẫu xe hybrid thuần điện khác, và BYD, chủ yếu cung cấp các mẫu xe của riêng mình. Khát vọng trở thành quán quân về lô hàng, với thị phần 41,3% tại thị trường nội địa.
Tuy nhiên, về mật độ năng lượng và giá thành, chúng vẫn thua kém so với Panasonic, LG và các loại pin Nhật Bản, Hàn Quốc khác. Liệu thị trường hiện tại có thể được duy trì sau khi giảm trợ cấp hay không vẫn là một dấu hỏi. Tất nhiên, với tư cách là đối tác của BMW trong lĩnh vực pin, tôi tin rằng CATL có đủ thế mạnh để phát triển các sản phẩm với giá thành thấp hơn và sản phẩm tốt hơn.
Làm thế nào để pin lithium-ion cháy
Vâng, sau khi nói về phân loại pin nguồn và quá khứ và hiện tại, bây giờ hãy' nói về pin lithium có thị phần lớn nhất, tại sao nó lại dễ bắt lửa.
Nguồn gốc của cháy pin lithium là sự chạy trốn nhiệt.
Các lý do chính gây ra hiện tượng quá nhiệt và tự cháy của pin lithium là bên trong và bên ngoài. Nguyên nhân bên trong chủ yếu là do pin bị lão hóa, còn nguyên nhân bên ngoài chủ yếu là: thủng, va chạm, đoản mạch, quá nhiệt bên ngoài, và phóng điện quá mức và quá tải.
Pin lithium bao gồm một điện cực dương, một điện cực âm và một bộ phân tách chỉ cho phép các ion lithium đi qua. Pin tỏa ra nhiệt trong quá trình hoạt động. Khi tăng nhiệt độ đến một nhiệt độ nhất định, màng ngăn nhiệt sẽ đóng lại, ngăn không cho các ion lithium đi qua, cô lập các điện cực âm và dương của pin, dừng phản ứng và ngăn pin quá nóng.
Tuy nhiên, màng ngăn sẽ bị vỡ sau một nhiệt độ nhất định và mất tác dụng bảo vệ. Khi nhiệt bên ngoài làm cho màng ngăn bị vỡ, hoặc hư hỏng vật lý như đâm thủng hoặc va chạm, hoặc thậm chí tinh thể ion lithium được hình thành bởi điện cực âm bị lão hóa làm thủng màng chắn, màng ngăn sẽ không thể cách ly các điện cực âm và dương, và ngắn mạch bên trong sẽ xảy ra trong pin.
Do đoản mạch bên trong, pin có diện tích tiếp xúc lớn giữa các điện cực âm và dương và phản ứng dữ dội, giải phóng rất nhiều nhiệt, và quá trình này tiếp tục diễn ra mạnh mẽ, và nhiệt độ tiếp tục tăng lên.
Chất điện phân được sử dụng trong pin lithium không ổn định ở nhiệt độ cao. Ngoài hiện tượng bay hơi ở nhiệt độ cao, sự hình thành khí sẽ làm cho pin bị giãn nở và bị vỡ, làm tăng cường đoản mạch bên trong. Sau khi đạt đến một nhiệt độ nhất định, một loạt các phản ứng phân hủy sẽ xảy ra, và một lượng nhiệt lớn, nhiệt lượng này sẽ khiến phản ứng tăng thêm, và cuối cùng tạo ra hiệu ứng tự đốt nóng.
Khi pin lithium bị đoản mạch bên trong do nhiều nguyên nhân khác nhau, nhiệt lượng tỏa ra có thể gây ra phản ứng dây chuyền đối với pin còn lại, cuối cùng sẽ dẫn đến một vùng nhiệt lớn.
Chất điện phân được sử dụng trong pin lithium là một dung môi hữu cơ dễ bay hơi và dễ cháy, có thể bốc cháy khi nhiệt chạy qua. Những gì cuối cùng đã xuất hiện giống như trong một số vụ tai nạn đốt cháy tự phát của Model S. Lượng khói lớn bốc ra bất ngờ, ngọn lửa bùng cháy trong thời gian ngắn rất khó dập tắt đám cháy.
Các tiêu chuẩn bắt buộc quốc gia đảm bảo an toàn
Vì có vấn đề với pin lithium, để đảm bảo việc sử dụng pin lithium an toàn trên các phương tiện chở khách, tiểu bang đã thiết lập hai bộ tiêu chuẩn bắt buộc nghiêm ngặt đối với ắc quy ô tô chở khách và ắc quy lưu trữ, bao gồm cả hệ thống quốc gia, với thử nghiệm an toàn 16 và 10. các mặt hàng tương ứng. Tất cả các bài kiểm tra phải được thông qua cùng một lúc, và xe điện đáp ứng hai tiêu chuẩn quốc gia mới có thể được bán trên thị trường để đáp ứng người tiêu dùng.
Tất cả các thử nghiệm được thực hiện trong điều kiện pin đã được sạc đầy. Một số bài kiểm tra bạo lực hơn. Giám đốc sẽ nói chi tiết về nó và để mọi người cảm nhận được sự nghiêm ngặt của tiêu chuẩn này.
Thử nghiệm châm cứu là dùng một kim thép có đường kính 6-8mm đâm thẳng đứng với tốc độ 25mm / s và xuyên qua ít nhất ba viên pin, và kim thép vẫn nằm trong pin. Quan sát trong một giờ mà không có hiện tượng nổ, cháy hoặc cháy.
Kiểm tra độ nóng là tăng lên 130 độ với tốc độ 5 độ C mỗi phút và giữ nó trong 30 phút. Sau khi ngừng đun, hãy quan sát trong một giờ để không xảy ra nổ, cháy hoặc cháy.
Kiểm tra chu kỳ nhiệt độ là điều chỉnh nhiệt độ theo nhiệt độ và thời gian của bảng trên, chu kỳ 5 lần, quan sát trong một giờ sau đó vẫn không có hiện tượng nổ, cháy, cháy.
Ngoài ra còn có một thử nghiệm cháy bên ngoài. Một bồn chứa dầu nhiên liệu lớn hơn hệ thống pin được sử dụng. Pin được đặt trực tiếp ở độ cao 50 cm so với brazier. Ngọn lửa đốt cháy pin trực tiếp trong 70 giây, và sau đó tấm bìa được thêm vào trong 60 giây hoặc trực tiếp. Tiếp tục đốt trong 60 giây. Nếu bình ắc quy có ngọn lửa sau khi rời khỏi nguồn lửa thì chỉ mất chưa đầy 2 phút để dập tắt. Quan sát trong 2 giờ, không được có hiện tượng nổ, cháy, nổ.
Trên thực tế, sau những bài kiểm tra tiêu chuẩn nghiêm ngặt này, xác suất tự phát cháy của ắc quy xe điện không cao hơn so với xe chạy bằng nhiên liệu. Đối với xe điện thuần túy hoặc xe hybrid được sản xuất và bán bởi các OEM mạnh, mọi người có thể yên tâm về mặt an toàn. .
Liên tục cải thiện hiệu suất an toàn
Ngoài hiệu suất an toàn được quy định bởi các tiêu chuẩn bắt buộc quốc gia của chính ắc quy, để đảm bảo an toàn cho ắc quy của xe, còn có nhiều thiết bị khác để đảm bảo an toàn cho nó.
Ví dụ, sau khi Tesla bị cháy do pin bị thủng vào năm 2013, Tesla đã thiết kế lại thiết bị bảo vệ bên ngoài của pin.
Việc sử dụng hợp kim nhôm và vật liệu titan để tạo độ võng" khiên" không chỉ có thể bảo vệ khỏi các tác động trực diện mà còn có thể làm lệch một số vật thể văng hoặc thủng, giúp giảm đáng kể khả năng pin bị thủng và tác động từ bên ngoài.
Một thiết bị quan trọng khác để tránh pin quá nóng là thuật toán BMS quản lý năng lượng của hệ thống điện. Một thuật toán quản lý điện năng hiệu quả có thể tránh xảy ra hiện tượng sạc quá mức. Bởi vì không thể phát hiện trực tiếp nguồn điện của pin, nó chỉ có thể được ước tính bằng dòng điện và điện áp. Khi chiến lược quản lý điện năng sai do thời tiết và các lý do khác, rất dễ gây ra tình trạng quá tải.
Việc phóng điện quá mức làm cho điện cực dương của pin bị hòa tan, chất điện phân bị oxy hóa và phân hủy, pin nóng lên và phồng lên và vỡ, cuối cùng là bắt lửa.
Hiện các nhóm khác nhau trên toàn thế giới đang nghiên cứu các thuật toán quản lý điện năng tiên tiến và hiệu quả hơn. Một thuật toán quản lý năng lượng tuyệt vời không chỉ có thể phát hiện quá tải pin kịp thời để tránh quá nhiệt mà còn nhận biết liệu có xảy ra đoản mạch bên trong hay không, đưa ra cảnh báo cho nhân viên trên xe và hướng dẫn nhân viên nhanh chóng thoát ra ngoài.
Nó thậm chí có thể làm giảm nhiệt độ của phần ngắn mạch bên trong thông qua hệ thống tản nhiệt tích cực, và cuối cùng nhận ra việc kiểm soát nhiệt độ trước khi thoát nhiệt.
Tất nhiên, một cách khác là sử dụng chiến lược kiểm soát nhiệt độ chủ động, sử dụng hệ thống tuần hoàn làm mát bằng chất lỏng để bọc gói pin. Nó không chỉ có thể tránh sạc quá mức và xả quá mức gây ra bởi nhiệt độ pin quá cao hoặc quá thấp, mà còn giữ cho pin trong một phạm vi nhiệt độ phù hợp, giữ cho pin sạc ở nhiệt độ tốt nhất và đạt được hiệu quả sạc nhanh nhất.
Màng ngăn của pin lithium truyền thống sử dụng một polyethylene hoặc polypropylene duy nhất, và màng ngăn sẽ bị hỏng khi nhiệt độ vượt quá 135 độ và có nguy cơ cháy tự phát. Loại pin mới sử dụng màng ngăn hỗn hợp polypropylene-polyethylene-polypropylene vẫn có thể duy trì chức năng chặn của màng ngăn ở nhiệt độ cao hơn.
Ngoài ra, chất điện phân trong pin truyền thống bị phân hủy ở nhiệt độ cao, tạo ra một lượng lớn khí và nhiệt, đồng thời xảy ra hiện tượng thoát nhiệt. Bằng cách thêm chất chống cháy este photphat vào chất điện phân, phản ứng có thể bị gián đoạn một cách hiệu quả và phản ứng cháy có thể được tổ chức.
Có nhiều biện pháp khác nhau như vậy và chúng không ngừng cải tiến dựa trên phản hồi của người dùng và kết quả thử nghiệm. Sự an toàn của xe điện sẽ không bị tụt hậu so với xe chạy bằng nhiên liệu vì những thay đổi đối với hệ thống điện.
Là hướng phát triển trong tương lai, có nhiều công ty khác nhau và đội ngũ kỹ thuật khác nhau đang không ngừng đóng góp vào hiệu suất an toàn của xe điện. Sự an toàn của các phương tiện chạy bằng nhiên liệu hiện nay cũng đã được đúc kết và cải thiện trong các vụ tai nạn khác nhau. Trong tương lai, khi xe điện xuất hiện rộng rãi hơn trong cuộc sống của chúng ta, chắc chắn độ an toàn của xe điện sẽ còn được nâng cao hơn nữa.
Giám đốc có điều gì đó muốn nói
Độ an toàn của pin lithium cho xe điện không hề thấp và nó đang từng bước được cải thiện.
Là một loại phương tiện mới, người tiêu dùng không có lý do gì để yêu cầu tiêu chuẩn xe điện cao hơn xe chạy bằng nhiên liệu. Đồng thời, chúng ta nên nhìn xe điện ở góc độ phát triển, thay vì chỉ trích một cách mù quáng với quan điểm bảo thủ.
Một số người nói rằng chiếc xe tồi tệ nhất mà anh ta có thể nghĩ đến là một chiếc xe điện thuần túy trong nước. Tất cả những gì tôi có thể nói về điều này là khi ngành công nghiệp ô tô bắt đầu, không có niềm tin rằng ô tô có thể thay thế xe ngựa.
Tesla đã không hoạt động rất tốt về mặt an toàn vì những lý do như quá hiếu chiến. Hơn 7000 18650 pin được nạp trong Model S chỉ đơn giản là một cơn ác mộng đối với hệ thống quản lý năng lượng. Nhưng chúng ta không thể' không từ chối xe điện vì điều này. Từ thị trường hiện tại, công nghệ an toàn của pin xe điện đã vượt xa những bộ pin 18650 này.
Việc giảm trợ cấp năng lượng mới trong năm 2019 là một tin xấu đối với ngành công nghiệp xe năng lượng mới, vì lợi thế về giá của xe chạy bằng nhiên liệu không còn rõ ràng. Nhưng từ một góc độ khác, nó cũng có thể thúc đẩy các phương tiện năng lượng mới.
Trước đây, nhiều công ty sống dựa vào trợ cấp chỉ có thể bị thị trường loại bỏ, phần còn lại là những công ty có đủ năng lực R& D, khả năng sản xuất và khả năng sản xuất. Vì sự an toàn của xe điện, loại trừ các công ty xe điện này đã chuyển đổi từ" Old Tou Le" có thể cải thiện hiệu quả mức độ an toàn trung bình của các loại xe điện thuần túy trong nước.
