Kendiliğinden tutuşmayan güç pili nasıl yapılır?
Birkaç gün önce, CCTV's"Bugün's Açıklaması" sütunu, 2017'de Samsung Note 4'te 4 yaşındaki bir kızın yüzünü yakmasına neden olan kendiliğinden bir yanma kazası bildirdi. Samsung'un cep telefonlarının, kendiliğinden yanma sorunları nedeniyle uçaklarda taşınması bile yasaklandı.
3.500 mAh'lik bir cep telefonu pilinin kendiliğinden yanması yaralanmanıza neden olabilirse, 16kWh'den başlayarak, maksimum 80kWh'nin üzerindeki saf elektrikli araçların kendiliğinden yanmasının sonuçları daha da korkunç olacaktır.
Ancak Tesla'nın pil kazası sekteye uğramamış görünüyor. Tesla Model S pilinin şüpheli bir yangın kazası da daha önce Hong Kong'da bulundu. Araç 2015 Eylül'de geldi.
Son zamanlarda yaşanan kazalara bakıldığında, modeller temelde 2013-2015 yıllarında piyasaya sürülen ilk nesil Model S idi ve pil ömrü 4-6 yıldan fazlaydı.
& quot;ilk yanık" Model S, Ekim 2013'te ortaya çıktı - bir Model S sürerken, şasi keskin bir nesneye çarptı. Ardından araç alarm verdi ve araç sahibi aracı terk ederek kaçtı. 20 dakika sonra araç yanmaya başladı, Model S'nin kasası yandı.
Aslında,"İlk Yanık" Bu tür büyük kapasiteli lityum pillerin kendiliğinden yanmasının korkunç sonuçlarını belirsiz bir şekilde ortaya çıkardı ve bunun altında yatan neden, yalnızca pile büyük zarar vermekle kalmayıp aynı zamanda pilin termal yönetimini de etkileyen lityum pillerin hızlı şarj edilmesi ve hızlı serbest bırakılmasında yatmaktadır. pil. Gereksinimler çok yüksektir ve Model S, yukarıdaki iki noktaya mükemmel şekilde karşılık gelir.
Pil güvenliği, elektrifikasyonun getirdiği rahat yaşamın keyfini çıkarmamız için önemli bir ön koşuldur. Elektrikli araç akülerinin güvenliğini sağlamak adına ülke ne olursa olsun akü üreticileri ya da otomobil üreticileri bunun için pek çok çalışma yapmıştır.
Bugün ne tür piller kullanılıyor ve ülke, OEM'ler ve güç pili üreticileri elektrikli araçların pil güvenliğini nasıl sağlıyor? bu hayat.
Bugün güç pili
Yıllarca süren geliştirmenin ardından, tamamen elektrikli araçlar ve hibrit araçlar 2018'de tam bir patlama yaşadı. Güç pili pazarındaki tepki, güç pili sevkiyatlarındaki sürekli artış oldu.
Kendiliğinden tutuşmayan güç pili nasıl yapılır?
2018'in ilk 10 ayında akü sevkiyatları, yıllık %84'ün üzerinde bir büyüme ile 2017'yi geride bıraktı ve toplam kurulu güç 56,89 GWh'ye ulaştı.
2019'da eski OEM'lerden yeni enerji modellerinin sürekli piyasaya sürülmesi ve yeni elektrikli otomobil şirketlerinin teslimatı ile bu sayının 2019'da artmaya devam etmesi bekleniyor.
Şu anda, piyasadaki yeni enerji araçlarında kullanılan ana piller, en yaygın olarak kullanılan üçlü lityum piller, güvenli ve kararlı lityum demir fosfat piller ve Toyota's özel nikel-metal hidrit pillerdir.
2017 öncesi elektrikli araçlar karşılaştırıldığında, akülerin enerji yoğunluğunun 103,3Wh/kg'dan 142,4Wh/kg'a yükseldiği ve ülkenin 2020 yılına kadar 300kWh/kg hedefi belirlediği görülmektedir. Güç pillerinin enerji yoğunluğundaki büyük artış, üçlü lityum pillerin geniş uygulamasında yatmaktadır.
Üçlü lityum pil kullanan araçlar arasında model 3, Corolla e+, BYD Yuan EV ve diğer birçok ana akım yeni enerji modeli bulunur.
Kendiliğinden tutuşmayan güç pili nasıl yapılır?
Üçlü lityumun avantajı, yüksek enerji yoğunluğunda yatmaktadır. Şu anda en gelişmiş Tesla ve Panasonic pilleri 300kWh/kg'a yaklaşırken, CATL ve BYD şu anda 200kWh/kg'a ulaşabiliyor. Şu anda, üçlü lityum pil malzemelerinin iyileştirilmesi için hala çok yer var. . Ancak güvenlik performansı ve pil döngüsü lityum demir fosfat piller kadar iyi değildir ve devlet tarafından binek araçlarında kullanılması yasaklanmıştır.
Pazar payı yalnızca üçlü lityumdan sonra ikinci sıradadır, lityum demir fosfat pillerdir. Olağanüstü güvenlik performansları nedeniyle ağırlıklı olarak ticari araçlarda kullanılırlar. Şu anda sokaklarda çalışan elektrikli otobüsler ağırlıklı olarak lityum demir fosfat piller kullanıyor.
Üçlü lityum pillerle karşılaştırıldığında, elektrolit buharlaşması, kendiliğinden yanmaya eğilimli olan 200 santigrat derecede gerçekleşir. Lityum demir fosfat piller bu sorunu yalnızca 800 santigrat derecede yaşayacaktır. Ancak şu anda en yüksek pil yoğunluğuna sahip olan BYD, ancak 150kWh/saate ulaşabiliyor. Lityum demir fosfat pillerin kullanıldığı BYD Dynasty serisi de üçlü lityum pillere geçiş yaptı.
Artık lityum demir fosfat pillerin enerji yoğunluğu teorik sınıra yakın olduğundan, iyileştirme için fazla yer yok. Ayrıca, -10 derecenin altında 100 kez şarj edildikten sonra kapasite %20'den daha az düşecek ve soğuk ortamlarda kullanılması temelde zor.
Toyota'un özel nikel-metal hidrit pillerine gelince, güvenlik ve güvenilirlik uzun yıllardır test edilmiş olmasına rağmen, bunca yıllık kullanımdan sonra hiçbir pil güvenliği kazası meydana gelmemiştir. Ancak Toyota, bu konuda çok fazla patent engeli kurarak diğer üreticilerin kullanmasını zorlaştırıyor.
Ni-MH pillerin döngü süreleri çok düşüktür ve yalnızca düşük şarj ve düşük deşarj döngüleri mümkündür. Toyota Prius, pili %40 ila %60 kapasitede tutar. Ayrıca, enerji yoğunluğu lityum demir fosfat pillerinkinden bile daha düşüktür, bu nedenle hibrit modellerde ve saf elektrikli modellerde kullanılamaz. Toyota's hibrit modelleri ve saf elektrikli modelleri de üçlü lityum piller kullanır.
Üçlü lityum pillerin ve lityum demir fosfat pillerin geniş pazar payına dayanan CATL'nin 2018 sevkiyatları, Tesla ve Toyota'ya ve diğer saf elektrikli hibrit modellere dayanan Panasonic'in ve esas olarak kendi modellerini tedarik eden BYD'nin sevkiyatlarını geride bıraktı. İç pazarda %41,3 pazar payı ile sevkiyat şampiyonu olmayı hedeflemektedir.
Ancak enerji yoğunluğu ve maliyet açısından Panasonic, LG ve diğer Japon ve Kore pilleriyle karşılaştırıldığında hala dezavantajlı durumdalar. Sübvansiyonlar düşürüldükten sonra mevcut piyasanın sürdürülüp sürdürülemeyeceği hala bir soru işaretidir. Tabii ki BMW'nin aküde bir ortağı olarak CATL'nin daha düşük fiyatlı ve daha iyi ürünler geliştirebilecek güce sahip olduğuna inanıyorum.
Lityum iyon piller nasıl yanar?
Peki, güç pillerinin sınıflandırılmasından ve geçmiş ve günümüzden bahsettikten sonra, şimdi' en büyük pazar payına sahip lityum pil hakkında konuşalım, neden ateş yakmak bu kadar kolay.
Lityum pil yangınının kaynağı termal kaçaktır.
Lityum pillerin aşırı ısınmasının ve kendiliğinden yanmasının ana nedenleri dahili ve haricidir. Dahili sebep esas olarak pilin eskimesidir ve harici sebepler esas olarak şunlardır: delinme, çarpışma, kısa devre, harici aşırı ısınma ve yüksek güç deşarjı ve aşırı şarj.
Lityum piller, bir pozitif elektrot, bir negatif elektrot ve yalnızca lityum iyonlarının geçmesine izin veren bir ayırıcıdan oluşur. Pil, çalışma sırasında ısı yayar. Sıcaklık belirli bir sıcaklığa yükseltildiğinde, diyafram termal olarak kapanacak, lityum iyonlarının geçmesini önleyecek, pilin pozitif ve negatif elektrotlarını izole edecek, reaksiyonu durduracak ve pilin aşırı ısınmasını önleyecektir.
Ancak belli bir sıcaklıktan sonra diyafram yırtılır ve koruyucu etkisini kaybeder. Dış ısı diyaframın yırtılmasına veya delinme veya çarpışma gibi fiziksel hasara neden olduğunda veya hatta yaşlanan negatif elektrot tarafından oluşturulan lityum iyon kristali diyaframı deldiğinde, diyafram pozitif ve negatif elektrotları izole edemez ve bir aküde dahili kısa devre oluşacaktır.
Dahili kısa devre nedeniyle, pilin pozitif ve negatif elektrotlar arasında geniş bir alan teması vardır ve şiddetli tepki vererek çok fazla ısı açığa çıkarır ve bu süreç yoğunlaşmaya devam eder ve sıcaklık yükselmeye devam eder.
Lityum pillerde kullanılan elektrolit, yüksek sıcaklıklarda kararlı değildir. Yüksek sıcaklıklarda buharlaşmaya ek olarak, gaz oluşumu pilin genleşmesine ve parçalanmasına neden olacak ve bu da dahili kısa devreyi yoğunlaştıracaktır. Belirli bir sıcaklığa ulaştıktan sonra, bir dizi ayrışma reaksiyonu meydana gelir ve büyük miktarda Isı, bu ısı reaksiyonun daha da yoğunlaşmasına ve nihayetinde kendi kendine ısınma etkisine neden olur.
Bir lityum pilin çeşitli nedenlerle dahili bir kısa devresi olduğunda, açığa çıkan ısı kalan pilin zincirleme reaksiyonuna neden olabilir ve bu da sonunda geniş bir termal kaçak alanına yol açar.
Lityum pillerde kullanılan elektrolit, termal kaçak altında tutuşabilen uçucu ve yanıcı bir organik çözücüdür. Sonunda ortaya çıkan şey, birkaç Model S kendiliğinden yanma kazasında olduğu gibiydi. Aniden çok miktarda duman çıktı ve yangın kısa sürede tutuştu ve yangını söndürmek zor oldu.
Ulusal zorunlu standartlar güvenliği sağlar
Lityum pillerle ilgili sorunlar olduğu için, binek araçlarında lityum pillerin güvenli kullanımını sağlamak için devlet, 16 ve 10 güvenlik testi ile sistem ülkeleri de dahil olmak üzere binek araç pilleri ve aküleri için iki takım katı zorunlu standart oluşturmuştur. sırasıyla öğeler. Tüm testlerin aynı anda geçmesi gerekiyor ve iki ulusal standardı karşılayan elektrikli araçlar tüketicilerle buluşacak şekilde pazarlanabiliyor.
Tüm testler, pilin tamamen şarj olması koşuluyla gerçekleştirilir. Testlerin birçoğu daha şiddetlidir. Yönetmen bunun hakkında ayrıntılı olarak konuşacak ve herkesin bu standardın katılığını hissetmesini sağlayacaktır.
Akupunktur testi, 25 mm/sn hızla dikey olarak delmek ve en az üç pili delmek ve çelik iğne pilin içinde kalmak için 6-8 mm çapında bir çelik iğne kullanmaktır. Patlama, yanma veya ateş olmadan bir saat gözlemleyin.
Isıtma testi dakikada 5 santigrat derece hızında 130 dereceye çıkarmak ve 30 dakika tutmaktır. Isıtmayı durdurduktan sonra bir saat boyunca patlama, yanma veya yangın oluşmayacağını gözlemleyin.
Sıcaklık döngüsü testi, yukarıdaki tablodaki sıcaklık ve süreye göre sıcaklığı ayarlamak, 5 kez döngü yapmak ve bundan sonra bir saat gözlemlemek, ancak yine de patlama, yanma veya yangın yok.
Ayrıca harici bir yangın testi vardır. Akü sisteminden daha büyük bir akaryakıt havuzu kullanılır. Pil, mangalın 50 cm yukarısına doğrudan maruz kalmaktadır. Alev, pili doğrudan 70 saniye yakar ve ardından 60 saniye veya doğrudan kapak plakası eklenir. 60 saniye yanmaya devam edin. Batarya yangın kaynağından ayrıldıktan sonra alev alırsa, sönmesi 2 dakikadan az sürer. 2 saat gözlemleyin, patlama, yanma veya yangın olmamalıdır.
Aslında, bu katı standart testlerden sonra, elektrikli araç akülerinin kendiliğinden tutuşma olasılığı, yakıtlı araçlardan daha yüksek değildir. Güçlü OEM'ler tarafından üretilen ve satılan saf elektrikli araçlar veya hibrit araçlar için, güvenlik konusunda herkes içiniz rahat olsun. .
Güvenlik performansının sürekli iyileştirilmesi
Akünün kendi ulusal zorunlu standartlarının öngördüğü güvenlik performansına ek olarak, aracın güç aküsünün güvenliğini sağlamak için güvenliğini sağlamak için başka birçok ekipman bulunmaktadır.
Örneğin Tesla, 2013 yılında delinmiş bir pil tarafından yakıldıktan sonra, Tesla, pilin harici koruma cihazını yeniden tasarladı.
Bir sapma&"kalkanı &" oluşturmak için alüminyum alaşımı ve titanyum malzemelerin kullanımı; sadece önden darbelere karşı koruma sağlamakla kalmaz, aynı zamanda pilin delinme ve dışarıdan darbe alma olasılığını büyük ölçüde azaltan bazı sıçrayan veya delinmiş nesneleri de saptırır.
Pilin aşırı ısınmasını önlemek için bir diğer önemli cihaz, güç sisteminin güç yönetimi BMS algoritmasıdır. Etkili bir güç yönetimi algoritması, aşırı şarj oluşumunu etkili bir şekilde önleyebilir. Pil gücü doğrudan tespit edilemediğinden, yalnızca akım ve voltaj ile tahmin edilebilir. Güç yönetimi stratejisi hava ve diğer nedenlerle yanlış olduğunda, aşırı şarja neden olmak kolaydır.
Aşırı şarj, pilin pozitif elektrotunun çözülmesine, elektrolitin oksitlenmesine ve ayrışmasına, pilin ısınmasına ve şişmesine ve patlamasına ve sonunda alev almasına neden olur.
Artık dünyanın her yerinden farklı ekipler daha gelişmiş ve etkili güç yönetimi algoritmaları üzerinde çalışıyor. Mükemmel bir güç yönetimi algoritması, yalnızca aşırı ısınmayı önlemek için pilin aşırı şarjını zamanında tespit etmekle kalmaz, aynı zamanda dahili bir kısa devre olup olmadığını da algılar, araç personeline uyarı verir ve personelin hızlı bir şekilde kaçmasını sağlar.
Aktif ısı dağıtma sistemi aracılığıyla dahili kısa devre parçasının sıcaklığını bile azaltabilir ve nihayet sıcaklık kontrolünü termal kaçaktan önce gerçekleştirebilir.
Elbette başka bir yol da, pil takımını sarmak için sıvı soğutmalı bir sirkülasyon sistemi kullanarak aktif bir sıcaklık kontrol stratejisi kullanmaktır. Pil sıcaklığının çok yüksek veya çok düşük olmasının neden olduğu aşırı şarj ve aşırı deşarjı önlemekle kalmaz, aynı zamanda pili uygun bir sıcaklık aralığında tutmak, pili en iyi sıcaklıkta şarj etmek ve en iyi hızlı şarj etkisini elde etmek.
Geleneksel lityum pil diyaframı, tek bir polietilen veya polipropilen kullanır ve sıcaklık 135 dereceyi aştığında diyafram zarar görür ve kendiliğinden yanma tehlikesi vardır. Yeni pil, diyaframın engelleme işlevini daha yüksek sıcaklıklarda koruyabilen bir polipropilen-polietilen-polipropilen kompozit diyafram kullanır.
Ek olarak, geleneksel pillerdeki elektrolit yüksek sıcaklıklarda ayrışır, büyük miktarda gaz ve ısı üretir ve termal kaçak meydana gelir. Elektrolite fosfat ester alev geciktirici eklenerek reaksiyon etkin bir şekilde durdurulabilir ve yanma reaksiyonu organize edilebilir.
Bu farklı önlemlerden çok daha fazlası vardır ve bunlar, kullanıcı geri bildirimlerine ve test sonuçlarına göre sürekli olarak geliştirilmektedir. Elektrikli araçların güvenliği, güç sistemindeki değişiklikler nedeniyle yakıtlı araçların güvenliğinden geri kalmayacak.
Gelecekteki gelişim yönü olarak, elektrikli araçların güvenlik performansına sürekli olarak katkıda bulunan birçok farklı şirket ve farklı teknik ekip var. Yakıtlı araçların mevcut güvenliği de farklı kazalarda özetlenmiş ve iyileştirilmiştir. Gelecekte elektrikli araçlar hayatımızda daha yaygın bir şekilde yer aldıkça elektrikli araçların güvenliği daha da artacaktır.
Yönetmenin söyleyeceği bir şey var
Elektrikli araçlar için lityum pillerin güvenliği düşük değil ve adım adım gelişiyor.
Yeni bir araç türü olarak tüketicilerin elektrikli araçlar için yakıtlı araçlardan daha yüksek standartlar istemeleri için hiçbir sebep yok. Aynı zamanda elektrikli araçları muhafazakar bir bakış açısıyla körü körüne eleştirmek yerine gelişimsel bir bakış açısıyla ele almalıyız.
Bazı insanlar aklına gelebilecek en kötü arabanın yerli saf elektrikli bir araba olduğunu söylüyor. Bununla ilgili söyleyebileceğim tek şey, otomobil endüstrisi başladığında, arabaların atlı arabaların yerini alabileceğine dair bir inanç yoktu.
Tesla, çok agresif olması gibi nedenlerden dolayı güvenlik açısından pek iyi bir performans gösteremedi. Model S ile yüklenen 7000'den fazla 18650 pil, güç yönetim sistemi için tek kelimeyle bir kabus. Ancak bu nedenle elektrikli araçları inkar edemeyiz. Mevcut piyasadan elektrikli araç aküsü güvenlik teknolojisi, bu 18650 pil paketlerini çok aştı.
2019'da yeni enerji sübvansiyonlarındaki düşüş, yeni enerjili araç endüstrisi için kötü haber çünkü yakıtlı araçların fiyat avantajı artık bariz değil. Ancak başka bir açıdan, yeni enerji araçlarını da teşvik edebilir.
Geçmişte, sübvansiyonlarla geçinen birçok şirket ancak piyasa tarafından ortadan kaldırılabiliyordu ve geri kalanı yeterli AR&D yeteneklerine, üretim yeteneklerine ve üretim yeteneklerine sahip şirketlerdi. Elektrikli araçların güvenliği için,&"Old Tou Le &"den dönüşen bu elektrikli araç firmaları hariç; yerli saf elektrikli araçların ortalama güvenlik seviyesini etkili bir şekilde artırabilir.
