Mikið nikkel litíum rafhlaða öryggi hefur orðið samstaða, en solid-state litíum rafhlöður eru nú skipt
Markaður fyrir rafbíla sem virðir orkuþéttleika hefur leitt til mikilla áskorana um öryggi rafhlöðupakka og fullkominna farartækja. Árið 2018 urðu 52 öryggisslys á hverja milljón rafknúinna ökutækja í Kína. Hvað varðar atriði, hleðsla, akstur og bílastæði eru allt atriði þar sem öryggisslys eiga sér stað.
Ef ástæðurnar eru greindar eru 58% brunaslysa af völdum hitauppstreymis litíum rafhlöður. Nærri 90% af hitauppstreymi stafar af skammhlaupi. Á frumustigi eru jákvæðu og neikvæðu efnin, raflausnin og þindið bein öryggi fyrir hitauppstreymi. Eftir flokkun, hvernig á að bæla varmadreifingu í burðarvirkishönnun, kælingu og rafstýringu tengist því hvort hægt sé að draga úr hættu á hitauppstreymi eða kæfa.
Frá 16. til 17. október, 2019, var 2019 Kína-Japan-Kórea næstu kynslóðar tækniráðstefna fyrir rafhlöður fyrir nýja orku ökutækja haldin í Shanghai. Ráðstefnan skiptist í tvo vettvanga, viðfangsefnin eru rafhlöðuvarmaöryggi og lausnir og solid-state rafhlaða lykiltækni og iðnvæðingaráskoranir.
Forum 1, OEMs, rafhlöðufyrirtæki, þekktir háskólar, rannsóknarstofur og prófunarstofnanir munu ræða orsakir og lausnir fyrir hitauppstreymi há-nikkel rafhlöðu eftir því sem sértækt orkustig rafhlaðna heldur áfram að aukast. Forum 2 snýst um greiningu á mismunandi rafhlöðutæknileiðum og óbreyttu ástandi.
Kerfi til að sjá hitaöryggi
Fullur lífsferill rafhlöðu hefst frá vali á efniskerfi, að því að klára rafhlöðuklefann, mótun eininga og PACKS, rafhlöðustjórnun eftir uppsetningu og notkun, til notkunar í rekstri ökutækis.
Orsök hitauppstreymis er rafhlöðufruman. Jákvæðu og neikvæðu rafskautin eru"öryggi" og raflausnin er"eldsneytisgeymsla". Það þarf aðeins"neista" til að valda hitauppstreymi eða eldi.
& quot;Neistar" annað hvort koma innan úr frumunni eða koma utan frá. Innri þættir vísa aðallega til óstöðugra þátta sem myndast við rafhlöðuhönnun og framleiðslu; ytri þættir vísa aðallega til ástæðna af völdum starfsfólks og ytri aðstæðna við rafhlöðuflutning, uppsetningu og rekstur og viðhald.
Hitaöryggisbilun rafhlöðunnar stafar aðallega af staðbundinni ofhitnun, sem veldur skammhlaupi inni í rafhlöðunni, eða örskammhlaup veldur skemmdum á þind rafhlöðunnar og skammhlaupi á stærra svæði.
Lithium-ion rafhlöður hafa verið uppfærðar úr NCM111 og NCM523 í NCM622 og NCM811. Nikkelinnihald hins jákvæða rafskautsefnis heldur áfram að aukast, losunarhitastig súrefnis heldur áfram að lækka og hitastöðugleiki jákvæða rafskautsefnisins versnar og versnar. Lækkun á hitastigi súrefnislosunar þýðir að litíum rafhlaðan er hitaþolnari. Þegar hitastigið eykst breytist jákvæða rafskautsefnið úr lagskiptri uppbyggingu í spinelbyggingu og myndar síðan bergsalt og losar virkt súrefni. Vöxtur bergsalts og losun súrefnis eru grundvallarvandamálin sem stafa af hitauppstreymi.
Rafefnamisnotkun er mest höfuðverkjavandamál fyrir rafhlöðufrumuverksmiðjur. Við misnotkun eins og hitalost, ofhleðslu og ofhleðslu, mun virka efnið og raflausnin inni í rafhlöðunni framleiða litíum dendrites, sem stinga í gegnum þindið og valda innri skammhlaupi. Litíumþróun í neikvæða rafskautinu er aðalorsök vaxtar litíumdendríta. Þess vegna er mikilvægt mál hvernig á að koma í veg fyrir litíum dendrites.
Skammhlaup jákvæðu og neikvæðu rafskautanna sem orsakast af bilun í þindinni er mikilvægur hluti af hitauppstreymi. Þegar öryggisfilmur SEI filmunnar er eytt bregst raflausnin við rafskautinu til að mynda hita sem mun bræða þindið. Þar að auki er óvinurinn sem snýr að þindinni litíum dendrites, sem ógnar heilleika hennar og stöðugleika.
Auk rafhlöðubilunar sem stafar af innri skammhlaupi, ofhleðslu, öldrun rafhlöðunnar o.s.frv., mun vélrænni bilun við erfiðar aðstæður eins og ytri skammhlaup, útpressun, eld, niðurdýfingu og herma árekstur einnig breytast í innri skammhlaup og valda rafmagni bilun, sem mun að lokum leiða til hitauppstreymis.
Sumar bilanir og hnignun á afköstum sem geta átt sér stað á meðan rafhlaðan' er í fullum líftíma munu valda því að rafhlöðurnar eru notaðar út fyrir öruggt notkunarsvið og valda sumum öryggisslysum.
Rafhlöðuverksmiðjan og OEM vinna saman
Innri og ytri orsakir hitauppstreymis krefjast samvinnu rafhlöðuframleiðenda og OEM til að veita heildarlausn, þar á meðal jákvæð og neikvæð efni, skiljur, raflausn, rafhlöðustjórnun og hönnun PACK uppbyggingar.
Fyrir rafhlöðuverksmiðjur, leitaðu að háþrýstings- og háhitaþolnum logavarnarefnum raflausnum, háhitaþolnum einskristal bakskautsefnum, rafskautaefnum sem hindra litíumdendrít, eða notaðu NMC811 bakskaut húðuð með öryggisefni til að bæta þurrkinn. Notkun frönsku þindarinnar kynnir keramikþind til að bæla hitauppstreymi á frumustigi.
Fyrir OEM er það langt frá því að vera nóg að fylgjast með öryggi rafhlöðunnar sjálfrar. Til viðbótar við vandamál rafgeymisins sjálfs, eru raftengingar rafhlöðunnar, vélrænt öryggi, hleðslutengingar, dagleg notkunarvandamál og hröð meðhöndlun vandamála kjarninn í öryggi rafknúinna ökutækja.
Öryggiskerfi OEM's rafhlöðuöryggiskerfis er hannað og staðfest frá fjórum hliðum: einliða, einingu, BMS og kerfi. Annars vegar tryggja rafhlöðuframleiðendur sjálfir öryggi frá hönnunar- og framleiðslutengingum. Á hinn bóginn líta OEM-framleiðendur á vélrænt, rafmagns- og hitauppstreymi öryggi frá sjónarhóli öryggiseininga, svo sem öryggisúthreinsun, krafthönnun og vernd.
Hvað varðar samsetningaruppbyggingu verða OEMs að huga að ýmsum rekstrarskilyrðum ökutækisins, svo og kælileiðslum, nýrri kælitækni, snemma viðvörun um hitauppstreymi og ekki útbreiðslu. Jafnframt verða þeir að huga að virkum slökkvistarfi og hvernig eigi að slökkva eld í gegnum ytri mannvirki.
OEMs hugsa almennt um hvernig eigi að bæta hönnun rafhlöðupakkaöryggis frá kerfisstigi. Hvort sem það eru jákvæð og neikvæð rafskautsefni, raflausnir, þindir, byggingarhönnun, kæling, hitauppstreymi og varúðarviðvaranir PACK eftir hópnum eru allt hlutir OEM greiningar.
Öryggi litíum rafhlöður er stórt umræðuefni, sem tekur til allra þátta frá efni, framleiðslu til notkunar. Til að tryggja hitauppstreymi rafknúinna ökutækja þarf samvinnu OEM, rafhlöðuverksmiðja og prófunarstofnana til að greina kerfi hitauppstreymis og kanna nýja tækni til að seinka því að hitauppstreymi verði.
Mismunandi hljóð af solid-state rafhlöðum
Hreyfing rafknúinna ökutækja fram á við gefur til kynna að sérstakur orkustaðall rafgeyma muni ekki fara aftur á bak. Notkun jákvæðra og neikvæðra efna með mikla möguleika hefur orðið stefna og NCM811 og kísilkolefnisskaut eru í auknum mæli að birtast á tæknilegum leiðum rafhlöðuverksmiðja. En eldhætta ógnar enn notkun há nikkel rafhlöður. Þess vegna hafa rafhlöðuframleiðendur og OEM-framleiðendur beint sjónum sínum að logavarnarefnum, háþrýstingsþolnum raflausnum í föstu formi, í von um að leysa vandamálið um jafnvægið milli tiltekinnar orku og öryggis.
Hins vegar, á þessari Kína-Japan-Kóreu ráðstefnu, eru skoðanir kínverskra og japanskra gesta á rannsóknum og notkun solid-state rafhlöður mjög ólíkar, sem ögrar eðlislægum skoðunum iðnaðarins' á solid-state rafhlöðum . Miðað við samstillt átak á vettvangi fyrir há-nikkel öryggislausnir, þá er staðurinn fyrir solid-state rafhlöður að þróast áfram í mismun.
30 ára sérfræðingur Japans um rafhlöður í föstu formi, Dr. Tadahiko Kubota, fyrrum sérfræðingur Japans í Toyota og Honda rafhlöðukjarna Ogi Eiki, tjáir sig um núverandi stöðu rannsókna á rafhlöðum í föstu formi sem"svartsýnn". ;. Það er frekar erfitt fyrir solid-state rafhlöður að nota á rafknúin farartæki. Á hinn bóginn vinna innlendar rafhlöðuverksmiðjur eins og Qingtao, Weilan, Huineng, Guoxuan Hi-Tech, Kínverska vísindaakademían, Tongji háskólinn og Shanghai Jiaotong háskólinn sleitulaust að rafhlöðum í föstu formi.
Álit japanskra sérfræðinga má draga saman sem hér segir: Toyota Sulfide er enn á rannsóknar- og þróunarstigi og fjöldaframleiðsla er ómöguleg með núverandi tæknistigi. Upphafleg ætlun þess að þróa solid-state rafhlöður var að draga úr rafhlöðum fyrir tvinnbíla. Umheimurinn telur ranglega að rafhlöður séu notaðar í rafknúnum ökutækjum. Þetta er munurinn á innri hugsun Toyota' og ytra almenningsáliti.
Hvað varðar öryggi geta solid-state rafhlöður einnig framleitt litíum dendrites og öryggið er mjög áhyggjuefni. Og ekki er hægt að dæma öryggi þess út frá því hvort raflausnin sé eldfimur. Mikilvægasta vandamálið er bein snerting milli jákvæða rafskautsins og neikvæða rafskautsins með mikilli orkuþéttleika.
Rafhlöður í föstu formi geta aukið orkuþéttleika, ein af ástæðunum er að hægt er að minnka ytri efni. En þetta er ekki bara einkennandi fyrir rafhlöður sem eru í föstu formi.
Hvað varðar hraðhleðslu, hefur pappír Toyota's og flestir vísindamenn ekki staðfest neinar vísbendingar um að hægt sé að hraðhlaða allar solid-state rafhlöður. Þeir sögðu allir að litíumdendrítar mynduðust við hleðslu. Því fleiri sem skilja alhliða rafhlöður, því meira neita þeir því að hægt sé að hlaða þær hratt.
Flest einkaleyfi Toyota's á síðasta áratug tengjast viðnám. Það hefur verið að rannsaka þetta vandamál síðan fyrir tíu árum, og það er enn stórt vandamál.
Skoðanir innlendra rafhlöðuverksmiðja: Útbreiðsla raunverulegra elda tengist beint lífrænum fljótandi raflausnum. Föst raflausn, allt frá fjölliðum til keramik raflausna, getur bætt öryggi rafhlöðunnar í mismiklum mæli. Hvað varðar öryggi og orkuþéttleika hafa solid-state rafhlöður verið endurbættar samanborið við hefðbundnar hefðbundnar litíumjónarafhlöður í fortíðinni. Forsendan er sú að við verðum að hafa góða tækni til að leysa vandamál viðmótsins og tryggja að solid raflausnin geti lagað sig að rafhlöðuhönnuninni og uppfyllt kröfur um háa hlutfall orku rafhlöðu.
Við teljum að rafhlöður í föstu formi hafi kosti í sumum atriðum. Þegar þind og raflausn er skipt út fyrir fast efni mun það hafa meira öryggi. Þegar öryggisþröskuldur alls kerfisins er hækkaður getur þetta kerfi notað jákvæð og neikvæð efni með mikla möguleika, svo sem neikvæðar rafskaut úr litíummálmi, og mun hafa meiri orkuþéttleika í framtíðinni.
Núverandi hugsun er að vera í samræmi við núverandi litíum rafhlöðubúnað og litíum rafhlöðu tækni eins mikið og mögulegt er og draga úr kostnaði eins mikið og mögulegt er. Vegna þess að rafhlöður í föstu formi hafa mikla orkuþéttleika og mikið öryggi, er hægt að nota þær fyrst við sérstakar aðstæður.
Orkuþéttleiki kostur solid-state rafhlöður er tiltölulega ekki augljós á frumustigi og er meira áberandi á PACK stigi. Árið 2021 munu rafhlöður í föstu formi nota virk efni með hærri nýtingarhraða og orkuþéttleiki á frumustigi verður sá sami og fljótandi rafhlöður og fara síðan smám saman yfir hann.
Þrátt fyrir að innlendir og erlendir sérfræðingar hafi deilur um orkuþéttleika og öryggi rafhlöðu í föstu formi, telja þeir í grundvallaratriðum að viðskiptaleg notkun solid rafhlöður sé langt ferli til að leysa suma galla fljótandi rafhlaðna. Þess vegna er hægt að flytja inn rafhlöður í föstu formi frá mótorhjóla- og rafeindatæknisviðum fyrst og fara síðan inn á rafbílasviðið þegar þrívídd öryggis, frammistöðu og kostnaðar eru fullorðin.
