كيف تصنع بطارية الطاقة غير ذاتية الاشتعال؟
قبل أيام قليلة ، CCTV&# 39 ؛ s&مثل ؛ اليوم&# 39 ؛ بيان&مثل ؛ أبلغ عمود عن حادث احتراق تلقائي على Samsung Note 4 في عام 2017 ، مما تسبب في حرق فتاة تبلغ من العمر 4 سنوات وجهها. تم حظر الهواتف المحمولة من Samsung&حتى من حملها على متن الطائرات بسبب مشاكل الاحتراق التلقائي.
إذا كان الاحتراق التلقائي لبطارية هاتف نقال بسعة 3500 مللي أمبير في الساعة قد يتسبب في إصابتك ، فبدءًا من 16 كيلو وات في الساعة ، ستكون عواقب الاحتراق التلقائي للمركبات الكهربائية النقية بحد أقصى 80 كيلو وات في الساعة أكثر فظاعة.
ومع ذلك ، يبدو أن حادث بطارية تسلا لم ينقطع. كما تم العثور على حادث حريق مشتبه به لبطارية Tesla Model S في هونغ كونغ في وقت سابق. هبطت السيارة في سبتمبر 2015.
بالنظر إلى الحوادث الأخيرة ، كانت النماذج في الأساس هي الجيل الأول من طراز S الذي تم طرحه في السوق في 2013-2015 ، وكان عمر البطارية أكثر من 4-6 سنوات.
& quot؛ أول حرق&مثل؛ ظهر طراز S في أكتوبر 2013 - عندما كان طراز S يقود ، اصطدم الهيكل بجسم حاد. ثم أصدرت السيارة إنذارا وترك صاحبها وهرب. بعد 20 دقيقة ، بدأت السيارة تحترق ، طراز S احترق الإطار.
في الواقع ،"؛ First Burn&مثل؛ كشفت بشكل غامض عن العواقب الوخيمة للاحتراق التلقائي لبطاريات الليثيوم ذات السعة الكبيرة ، والسبب الأساسي يكمن في الشحن السريع والإفراج السريع عن بطاريات الليثيوم ، والتي لا تسبب أضرارًا كبيرة للبطارية فحسب ، بل تؤثر أيضًا على الإدارة الحرارية للبطارية. البطارية. المتطلبات عالية جدًا ، والنموذج S يتوافق تمامًا مع النقطتين السابقتين.
تعتبر سلامة البطارية شرطًا أساسيًا أساسيًا لنا للاستمتاع بالحياة المريحة الناتجة عن الكهرباء. من أجل ضمان سلامة بطاريات السيارات الكهربائية ، بغض النظر عن البلد ، قام مصنعو البطاريات أو شركات تصنيع السيارات بالكثير من العمل لهذا الغرض.
ما أنواع بطاريات الطاقة المستخدمة اليوم ، وكيف تضمن الدولة والشركات المصنعة للبطاريات ومصنعي بطاريات الطاقة سلامة بطارية المركبات الكهربائية؟ هذه الحياة.
بطارية الطاقة اليوم
بعد سنوات من التطوير ، أدت المركبات الكهربائية النقية والمركبات الهجينة إلى حدوث انفجار كامل في عام 2018. وكانت الاستجابة في سوق بطاريات الطاقة هي الزيادة المستمرة في شحنات بطاريات الطاقة.
كيف تصنع بطارية الطاقة غير ذاتية الاشتعال؟
تجاوزت شحنات بطاريات الطاقة في الأشهر العشرة الأولى من عام 2018 ما كانت عليه في عام 2017 ، مع نمو سنوي تجاوز 84٪ ، وبلغ إجمالي الطاقة المركبة 56.89 جيجاوات ساعة.
مع الإطلاق المستمر لنماذج الطاقة الجديدة من مصنعي المعدات الأصلية القدامى في عام 2019 وتسليم شركات سيارات الطاقة الجديدة ، من المتوقع أن يستمر هذا الرقم في النمو في عام 2019.
في الوقت الحاضر ، البطاريات الرئيسية المستخدمة في سيارات الطاقة الجديدة في السوق هي بطاريات الليثيوم الثلاثية الأكثر استخدامًا ، وبطاريات ليثيوم فوسفات الحديد الآمنة والمستقرة ، وبطاريات هيدريد النيكل والمعدن الحصرية لشركة Toyota &.
بمقارنة السيارات الكهربائية قبل عام 2017 ، يمكن العثور على أن كثافة الطاقة لبطاريات الطاقة قد ارتفعت من 103.3 واط / كجم إلى 142.4 واط / كجم ، وقد حددت الدولة هدف 300 كيلو وات / كجم بحلول عام 2020. السبب الأساسي لمثل هذا تكمن الزيادة الهائلة في كثافة الطاقة لبطاريات الطاقة في التطبيق الواسع لبطاريات الليثيوم الثلاثية.
تشتمل المركبات التي تستخدم بطاريات الليثيوم ثلاثية الطاقة على الطراز 3 و Corolla e + و BYD Yuan EV والعديد من موديلات الطاقة الجديدة السائدة الأخرى.
كيف تصنع بطارية الطاقة غير ذاتية الاشتعال؟
تكمن ميزة الليثيوم الثلاثي في كثافة طاقته العالية. في الوقت الحالي ، يمكن أن تصل بطاريات Tesla و Panasonic الأكثر تقدمًا إلى ما يقرب من 300 كيلو واط في الساعة / كجم ، بينما يمكن أن تصل CATL و BYD حاليًا إلى 200 كيلو واط في الساعة / كجم. في الوقت الحاضر ، لا تزال مواد بطارية الليثيوم الثلاثية لديها مجال كبير للتحسين. . ومع ذلك ، فإن أداء السلامة ودورة البطارية ليسا بجودة بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم ، وتحظر الدولة استخدامها على سيارات الركاب.
الحصة السوقية الثانية بعد الليثيوم هي بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم. نظرًا لأدائها المتميز في مجال السلامة ، فهي تستخدم بشكل أساسي في المركبات التجارية. في الوقت الحاضر ، تستخدم الحافلات الكهربائية التي تعمل في الشوارع بشكل أساسي بطاريات ليثيوم فوسفات الحديد.
بالمقارنة مع بطاريات الليثيوم الثلاثية ، يحدث التطاير بالكهرباء عند 200 درجة مئوية ، وهو عرضة للاحتراق التلقائي. ستواجه بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم هذه المشكلة عند 800 درجة مئوية فقط. ومع ذلك ، فإن BYD ، التي تتمتع بأعلى كثافة للبطارية في الوقت الحالي ، يمكن أن تصل فقط إلى 150 كيلو واط في الساعة. تحولت سلسلة BYD Dynasty ، التي تستخدم بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم ، إلى بطاريات الليثيوم الثلاثية.
الآن بعد أن أصبحت كثافة طاقة بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم قريبة من الحد النظري ، لا يوجد مجال كبير للتحسين. علاوة على ذلك ، سيتم تقليل السعة بنسبة تقل عن 20٪ بعد الشحن 100 مرة أقل من -10 درجات ، ومن الصعب بشكل أساسي استخدامها في البيئات الباردة.
بالنسبة لبطاريات هيدريد النيكل والمعدن الحصرية لشركة Toyota&، على الرغم من اختبار السلامة والموثوقية لسنوات عديدة ، لم تحدث أي حوادث تتعلق بسلامة البطارية بعد سنوات عديدة من الاستخدام. ومع ذلك ، فقد أقامت تويوتا الكثير من حواجز براءات الاختراع في هذا الصدد ، مما يجعل من الصعب على الشركات المصنعة الأخرى استخدامها.
أوقات دورات بطاريات Ni-MH منخفضة جدًا ، ولا يمكن إلا أن تكون دورات الشحن المنخفضة والتفريغ المنخفض ممكنة. تويوتا بريوس تحافظ على البطارية عند 40٪ إلى 60٪ من السعة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن كثافة الطاقة أقل من تلك الموجودة في بطاريات فوسفات الحديد الليثيوم ، لذلك لا يمكن استخدامها في النماذج الهجينة والنماذج الكهربائية النقية. تستخدم موديلات تويوتا الهجينة والنماذج الكهربائية النقية أيضًا بطاريات الليثيوم الثلاثية.
بالاعتماد على الحصة السوقية الواسعة لبطاريات الليثيوم الثلاثية وبطاريات فوسفات الحديد الليثيوم ، تفوقت شحنات CATL لعام 2018 على شحنات Panasonic ، التي اعتمدت على Tesla و Toyota ونماذج هجينة كهربائية نقية أخرى ، و BYD ، التي تزود بشكل أساسي موديلاتها الخاصة. تطمح لتكون بطلة الشحنات بحصة سوقية تبلغ 41.3٪ في السوق المحلي.
ومع ذلك ، من حيث كثافة الطاقة والتكلفة ، فإنها لا تزال في وضع غير مؤات مقارنة ببطاريات Panasonic و LG وغيرها من البطاريات اليابانية والكورية. ما إذا كان يمكن الحفاظ على السوق الحالية بعد خفض الدعم لا يزال علامة استفهام. بالطبع ، بصفتي شريكًا لشركة BMW في مجال البطاريات ، أعتقد أن CATL لديها القوة الكافية لتطوير منتجات بأسعار أقل ومنتجات أفضل.
كيف تحترق بطاريات الليثيوم أيون
حسنًا ، بعد الحديث عن تصنيف بطاريات الطاقة والماضي والحاضر ، دعنا الآن&نتحدث عن بطارية الليثيوم ذات الحصة السوقية الأكبر ، لماذا من السهل جدًا اشتعال النيران.
مصدر حريق بطارية الليثيوم هو هروب حراري.
الأسباب الرئيسية لارتفاع درجة الحرارة والاحتراق التلقائي لبطاريات الليثيوم داخلية وخارجية. السبب الداخلي هو شيخوخة البطارية بشكل أساسي ، والأسباب الخارجية بشكل أساسي: ثقب ، تصادم ، ماس كهربائى ، سخونة خارجية ، تفريغ طاقة عالية وشحن زائد.
تتكون بطاريات الليثيوم من قطب موجب وإلكترود سالب وفاصل يسمح بمرور أيونات الليثيوم فقط. تصدر البطارية حرارة أثناء التشغيل. عند زيادة درجة الحرارة إلى درجة حرارة معينة ، يغلق الحجاب الحاجز حراريًا ، مما يمنع أيونات الليثيوم من المرور ، ويعزل الأقطاب الموجبة والسالبة للبطارية ، ويوقف التفاعل ، ويمنع ارتفاع درجة حرارة البطارية.
ومع ذلك ، فإن الحجاب الحاجز سوف يتمزق بعد درجة حرارة معينة ويفقد تأثيره الوقائي. عندما تتسبب الحرارة الخارجية في تمزق الحجاب الحاجز ، أو حدوث تلف مادي مثل ثقب أو تصادم ، أو حتى بلورة أيونات الليثيوم التي تشكلت بواسطة القطب السالب المتقادم يثقب الحجاب الحاجز ، فإن الحجاب الحاجز لن يكون قادرًا على عزل الأقطاب الموجبة والسالبة ، و ستحدث ماس كهربائي داخلي في البطارية.
بسبب الدائرة القصيرة الداخلية ، فإن البطارية لديها اتصال واسع النطاق بين الأقطاب الموجبة والسالبة وتتفاعل بعنف ، وتطلق الكثير من الحرارة ، وتستمر هذه العملية في التكثيف ، وتستمر درجة الحرارة في الارتفاع.
المنحل بالكهرباء المستخدم في بطاريات الليثيوم غير مستقر عند درجات حرارة عالية. بالإضافة إلى التطاير في درجات حرارة عالية ، فإن تكوين الغاز سيؤدي إلى تمدد البطارية وتمزقها ، مما يؤدي إلى تكثيف ماس كهربائى داخلي. بعد الوصول إلى درجة حرارة معينة ، ستحدث سلسلة من تفاعلات التحلل ، وكمية كبيرة من الحرارة ، ستؤدي هذه الحرارة إلى زيادة حدة التفاعل ، وفي النهاية إنتاج تأثير التسخين الذاتي.
عندما تحتوي بطارية الليثيوم على دائرة قصر داخلية لأسباب مختلفة ، فقد تتسبب الحرارة المنبعثة في حدوث تفاعل متسلسل للبطارية المتبقية ، مما يؤدي في النهاية إلى مساحة كبيرة من الهروب الحراري.
يعتبر المنحل بالكهرباء المستخدم في بطاريات الليثيوم مذيبًا عضويًا متطايرًا وقابل للاشتعال ، ويمكن إشعاله تحت الهروب الحراري. ما ظهر أخيرًا كان تمامًا مثل العديد من حوادث الاحتراق التلقائي من طراز S. انبعث فجأة دخان كثيف ، واشتعلت النيران في فترة وجيزة ، وكان من الصعب إطفاء الحريق.
المعايير الوطنية الإلزامية تضمن السلامة
نظرًا لوجود مشاكل مع بطاريات الليثيوم ، من أجل ضمان الاستخدام الآمن لبطاريات الليثيوم في سيارات الركاب ، أنشأت الدولة مجموعتين من المعايير الإلزامية الصارمة لبطاريات سيارات الركاب وبطاريات التخزين ، بما في ذلك بلدان النظام ، مع اختبار السلامة 16 و 10 العناصر على التوالي. يجب اجتياز جميع الاختبارات في نفس الوقت ، ويمكن تسويق المركبات الكهربائية التي تفي بالمعيارين الوطنيين لتلبية المستهلكين.
يتم إجراء جميع الاختبارات بشرط أن تكون البطارية مشحونة بالكامل. العديد من الاختبارات أكثر عنفًا. سيتحدث المدير عنها بالتفصيل ويسمح للجميع بالشعور بصرامة هذا المعيار.
اختبار الوخز بالإبر هو استخدام إبرة فولاذية بقطر 6-8 مم لثقبها عموديًا بسرعة 25 مم / ثانية وتخترق ثلاث بطاريات على الأقل ، وتبقى الإبرة الفولاذية في البطارية. راقب لمدة ساعة بدون انفجار أو احتراق أو حريق.
اختبار التسخين يجب أن يرتفع إلى 130 درجة بمعدل 5 درجات مئوية في الدقيقة ويحتفظ به لمدة 30 دقيقة. بعد إيقاف التسخين ، لاحظ لمدة ساعة أنه لا يمكن حدوث انفجار أو احتراق أو حريق.
اختبار دورة درجة الحرارة هو ضبط درجة الحرارة وفقًا لدرجة الحرارة ومدة الجدول أعلاه ، ودورة 5 مرات ، والمراقبة لمدة ساعة واحدة بعد ذلك ، ولكن لا يوجد حتى الآن انفجار أو احتراق أو حريق.
يوجد أيضًا اختبار حريق خارجي. يتم استخدام حوض زيت الوقود أكبر من نظام البطارية. تتعرض البطارية مباشرة إلى ارتفاع 50 سم فوق الموقد. يحرق اللهب البطارية مباشرة لمدة 70 ثانية ، ثم تضاف لوحة الغطاء لمدة 60 ثانية أو مباشرة. استمر في الحرق لمدة 60 ثانية. إذا اشتعلت شعلة البطارية بعد مغادرة مصدر الحريق ، فسوف يستغرق إطفاءها أقل من دقيقتين. راقب لمدة ساعتين ، يجب ألا يكون هناك انفجار أو احتراق أو حريق.
في الواقع ، بعد هذه الاختبارات المعيارية الصارمة ، فإن احتمال الاشتعال التلقائي لبطاريات طاقة السيارة الكهربائية ليس أعلى من احتمال اشتعال المركبات التي تعمل بالوقود. بالنسبة للسيارات الكهربائية الخالصة أو المركبات الهجينة التي تنتجها وتباعها الشركات المصنعة للمعدات الأصلية القوية ، يمكن للجميع أن يطمئنوا فيما يتعلق بالسلامة. .
التحسين المستمر لأداء السلامة
بالإضافة إلى أداء السلامة المنصوص عليه في المعايير الإلزامية الوطنية للبطارية نفسها ، من أجل ضمان سلامة بطارية طاقة السيارة ، هناك العديد من المعدات الأخرى لضمان سلامتها.
على سبيل المثال ، بعد أن تم حرق Tesla بواسطة بطارية مثقوبة في عام 2013 ، أعادت Tesla تصميم جهاز الحماية الخارجي للبطارية.
استخدام سبائك الألومنيوم ومواد التيتانيوم لإنشاء انحراف&مثل ؛ درع&مثل ؛ لا يمكن أن تحمي من الصدمات الأمامية فحسب ، بل تحرف أيضًا بعض الأجسام المتناثرة أو المثقوبة ، مما يقلل بشكل كبير من احتمالية ثقب البطارية والتأثير عليها من الخارج.
جهاز آخر مهم لتجنب ارتفاع درجة حرارة البطارية هو خوارزمية إدارة الطاقة BMS لنظام الطاقة. يمكن لخوارزمية إدارة الطاقة الفعالة أن تتجنب بشكل فعال حدوث الشحن الزائد. نظرًا لأنه لا يمكن الكشف عن طاقة البطارية بشكل مباشر ، لا يمكن تقديرها إلا بالتيار والجهد. عندما تكون استراتيجية إدارة الطاقة خاطئة بسبب الطقس وأسباب أخرى ، فمن السهل أن تتسبب في زيادة الشحن.
يتسبب الشحن الزائد في إذابة القطب الموجب للبطارية ، ويتأكسد المحلول الكهربائي ويتحلل ، وتسخن البطارية وتتضخم وتمزق ، وفي النهاية تشتعل فيها النيران.
الآن تدرس فرق مختلفة من جميع أنحاء العالم خوارزميات إدارة الطاقة الأكثر تقدمًا وفعالية. لا يمكن لخوارزمية إدارة الطاقة الممتازة اكتشاف الشحن الزائد للبطارية في الوقت المناسب فقط لتجنب ارتفاع درجة الحرارة ، ولكن أيضًا التعرف على حدوث ماس كهربائي داخلي ، وإصدار تحذيرات لموظفي السيارة ، وتوجيه الأفراد للهروب بسرعة.
يمكنه أيضًا تقليل درجة حرارة جزء الدائرة القصيرة الداخلية من خلال نظام تبديد الحرارة النشط ، وأخيراً تحقيق التحكم في درجة الحرارة قبل الهروب الحراري.
بالطبع ، هناك طريقة أخرى وهي استخدام إستراتيجية نشطة للتحكم في درجة الحرارة ، وذلك باستخدام نظام دوران مبرد بالسائل لتغليف حزمة البطارية. لا يمكن فقط تجنب الشحن الزائد والإفراط في الشحن الناتج عن ارتفاع درجة حرارة البطارية جدًا أو منخفضة جدًا ، ولكن أيضًا الحفاظ على البطارية في نطاق درجة حرارة مناسب ، والحفاظ على شحن البطارية في أفضل درجة حرارة ، وتحقيق أفضل تأثير شحن سريع.
يستخدم الحجاب الحاجز لبطارية الليثيوم التقليدية بولي إيثيلين واحد أو بولي بروبيلين ، وسوف يتضرر الحجاب الحاجز عندما تتجاوز درجة الحرارة 135 درجة ، وهناك خطر الاحتراق التلقائي. تستخدم البطارية الجديدة غشاء مركب من البولي بروبلين والبولي إيثيلين والبولي بروبيلين ، والذي لا يزال بإمكانه الحفاظ على وظيفة الحجب للحجاب الحاجز في درجات حرارة أعلى.
بالإضافة إلى ذلك ، يتحلل المنحل بالكهرباء في البطاريات التقليدية في درجات حرارة عالية ، ويولد كمية كبيرة من الغاز والحرارة ، ويحدث هروب حراري. عن طريق إضافة مثبطات اللهب من إستر الفوسفات إلى الإلكتروليت ، يمكن مقاطعة التفاعل بشكل فعال ويمكن تنظيم تفاعل الاحتراق.
هناك العديد من هذه المقاييس المختلفة ، وهي تتحسن باستمرار بناءً على تعليقات المستخدمين ونتائج الاختبار. لن تتخلف سلامة السيارات الكهربائية عن تلك التي تعمل بالوقود بسبب التغييرات في نظام الطاقة.
كإتجاه للتطوير المستقبلي ، هناك العديد من الشركات المختلفة والفرق الفنية المختلفة التي تساهم باستمرار في أداء سلامة المركبات الكهربائية. كما تم تلخيص السلامة الحالية لمركبات الوقود وتحسينها في حوادث مختلفة. في المستقبل ، مع ظهور السيارات الكهربائية على نطاق أوسع في حياتنا ، من المؤكد أن سلامة السيارات الكهربائية ستتحسن بشكل أكبر.
المدير لديه ما يقوله
سلامة بطاريات الليثيوم للسيارات الكهربائية ليست منخفضة ، وهي تتحسن خطوة بخطوة.
كنوع جديد من المركبات ، ليس لدى المستهلكين سبب للمطالبة بمعايير أعلى للمركبات الكهربائية من سيارات الوقود. في الوقت نفسه ، يجب أن ننظر إلى السيارات الكهربائية من منظور تنموي ، بدلاً من انتقادها الأعمى من منظور محافظ.
يقول بعض الناس أن أسوأ سيارة يمكن أن يفكر فيها هي سيارة كهربائية نقية محلية. كل ما يمكنني قوله عن هذا هو أنه عندما بدأت صناعة السيارات ، لم يكن هناك اعتقاد بأن السيارات يمكن أن تحل محل العربات التي تجرها الخيول.
لم يكن أداء تسلا جيدًا للغاية فيما يتعلق بالسلامة لأسباب مثل كونها عدوانية للغاية. تعد أكثر من 7000 بطارية 18650 محملة بالنموذج S بمثابة كابوس لنظام إدارة الطاقة. لكن لا يمكننا&رفض المركبات الكهربائية بسبب هذا. من السوق الحالية ، تجاوزت تقنية سلامة بطارية السيارة الكهربائية بكثير هذه البطاريات التي يبلغ عددها 18650.
يعد الانخفاض في دعم الطاقة الجديدة في عام 2019 أنباء سيئة لصناعة سيارات الطاقة الجديدة ، لأن الميزة السعرية لمركبات الوقود لم تعد واضحة. ولكن من منظور آخر ، يمكنها أيضًا الترويج لمركبات الطاقة الجديدة.
في الماضي ، لم يكن بالإمكان القضاء على العديد من الشركات التي كانت تعيش على الإعانات إلا من خلال السوق ، وكان الباقي شركات تتمتع بقدرات R&؛ D الكافية ، وقدرات الإنتاج ، وقدرات التصنيع. من أجل سلامة السيارات الكهربائية ، باستثناء شركات السيارات الكهربائية التي تحولت من"؛ Old Tou Le"؛ يمكن أن تحسن بشكل فعال متوسط مستوى السلامة للمركبات الكهربائية النقية المحلية.
