Hvordan er det ikke-selvantennende strømbatteriet laget?
For noen dager siden kom CCTV's"Today's uttalelse" kolonne rapporterte en spontan forbrenningsulykke på Samsung Note 4 i 2017, som førte til at en 4 år gammel jente brant ansiktet hennes. Samsung's mobiltelefoner ble til og med forbudt å bære på fly på grunn av spontane forbrenningsproblemer.
Hvis selvantennelsen av et 3500 mAh mobiltelefonbatteri kan føre til at du blir skadet, så vil konsekvensene av selvforbrenning av rene elektriske kjøretøy med maksimalt over 80kWh, fra 16kWh, bli enda mer forferdelige.
Teslas batteriulykke ser imidlertid ikke ut til å ha blitt avbrutt. En mistenkt brannulykke med Tesla Model S-batteriet ble også funnet i Hong Kong tidligere. Kjøretøyet landet i september 2015.
Når vi ser tilbake på de siste ulykkene, var modellene i utgangspunktet førstegenerasjons Model S som ble lagt ut på markedet i 2013-2015, og batterilevetiden var mer enn 4-6 år.
Den"første brenning" av Model S dukket opp i oktober 2013 - da en Model S kjørte, traff chassiset en skarp gjenstand. Deretter utløste kjøretøyet en alarm og eieren forlot kjøretøyet og stakk av. Etter 20 minutter begynte kjøretøyet å brenne, Model S Rammen ble brent.
Faktisk,"First Burn" avslørte vagt de forferdelige konsekvensene av spontan forbrenning av slike litiumbatterier med stor kapasitet, og den underliggende årsaken ligger i hurtiglading og hurtigutløsning av litiumbatterier, som ikke bare forårsaker stor skade på batteriet, men også påvirker den termiske styringen av batteriet. batteri. Kravene er svært høye, og Model S samsvarer perfekt med de to ovennevnte punktene.
Batterisikkerhet er en viktig forutsetning for at vi skal kunne nyte det praktiske livet som elektrifiseringen gir. For å ivareta sikkerheten til elbilbatterier, uansett land, har batteriprodusenter eller bilprodusenter gjort mye arbeid for dette.
Hva slags strømbatterier er i bruk i dag, og hvordan sørger landet, OEM-er og strømbatteriprodusenter for batterisikkerheten til elektriske kjøretøy? dette livet.
Strømbatteri i dag
Etter år med utvikling, innledet rene elektriske kjøretøy og hybridbiler en full eksplosjon i 2018. Responsen i kraftbatterimarkedet er den kontinuerlige økningen i forsendelser av strømbatterier.
Hvordan er det ikke-selvantennende strømbatteriet laget?
Forsendelser av strømbatterier i de første 10 månedene av 2018 har overgått 2017, med en vekst fra år til år på mer enn 84 %, og den totale installerte effekten nådde 56,89 GWh.
Med den kontinuerlige lanseringen av nye energimodeller fra gamle OEM-er i 2019 og levering av nye kraftbilselskaper, forventes dette antallet å fortsette å vokse i 2019.
For tiden er hovedbatteriene som brukes i nye energikjøretøyer på markedet de mest brukte ternære litiumbatteriene, trygge og stabile litiumjernfosfatbatterier og Toyota's eksklusive nikkel-metallhydridbatterier.
Sammenligner man elbiler før 2017, kan man finne at energitettheten til strømbatterier har steget fra 103,3Wh/kg til 142,4Wh/kg, og landet har satt et mål på 300kWh/kg innen 2020. Den grunnleggende årsaken til en slik enorm økning i energitettheten til strømbatterier ligger i den brede anvendelsen av ternære litiumbatterier.
Kjøretøy som bruker ternære litiumbatterier inkluderer modell 3, Corolla e+, BYD Yuan EV og mange andre vanlige nye energimodeller.
Hvordan er det ikke-selvantennende strømbatteriet laget?
Fordelen med ternær litium ligger i dens høye energitetthet. Foreløpig kan de mest avanserte Tesla- og Panasonic-batteriene nå nærmere 300kWh/kg, mens CATL og BYD for tiden kan nå 200kWh/kg. For tiden har ternære litiumbatterimaterialer fortsatt mye rom for forbedring. . Sikkerhetsytelsen og batterisyklusen er imidlertid ikke like god som litiumjernfosfatbatterier, og de er forbudt av staten fra å brukes på personbiler.
Markedsandelen nest etter ternær litium er litiumjernfosfatbatterier. På grunn av deres enestående sikkerhetsytelse, brukes de hovedsakelig i nyttekjøretøyer. For tiden bruker elbussene som kjører på gata hovedsakelig litiumjernfosfatbatterier.
Sammenlignet med ternære litiumbatterier skjer elektrolyttfordampning ved 200 grader Celsius, noe som er utsatt for spontan forbrenning. Litiumjernfosfatbatterier vil bare ha dette problemet ved 800 grader Celsius. Imidlertid kan BYD, som har den høyeste batteritettheten for tiden, bare nå 150 kWh/t. BYD Dynasty-serien, som brukte litiumjernfosfatbatterier, har også gått over til ternære litiumbatterier.
Nå som energitettheten til litiumjernfosfatbatterier er nær den teoretiske grensen, er det ikke mye rom for forbedring. Dessuten vil kapasiteten reduseres med mindre enn 20 % etter lading 100 ganger under -10 grader, og den er i utgangspunktet vanskelig å bruke i kalde omgivelser.
Når det gjelder Toyota's eksklusive nikkel-metallhydrid-batterier, selv om sikkerheten og påliteligheten har blitt testet i mange år, har ingen batterisikkerhetsulykker skjedd etter så mange års bruk. Toyota har imidlertid satt opp for mange patentbarrierer i denne forbindelse, noe som gjør det vanskelig for andre produsenter å bruke.
Syklustidene til Ni-MH-batterier er svært lave, og bare lav- og lavutladingssykluser er mulig. Toyota Prius holder batteriet på 40 % til 60 % kapasitet. I tillegg er energitettheten enda lavere enn for litiumjernfosfatbatterier, så den kan ikke brukes i hybridmodeller og rene elektriske modeller. Toyota's hybridmodeller og rene elektriske modeller bruker også ternære litiumbatterier.
Ved å stole på den omfattende markedsandelen til ternære litiumbatterier og litiumjernfosfatbatterier, overgikk CATLs 2018-forsendelser de fra Panasonic, som stolte på Tesla og Toyota og andre rene-elektriske hybridmodeller, og BYD, som hovedsakelig leverer sine egne modeller. Aspirerer å bli mester for forsendelser, med en markedsandel på 41,3 % på hjemmemarkedet.
Men når det gjelder energitetthet og kostnader, er de fortsatt i en ulempe sammenlignet med Panasonic, LG og andre japanske og koreanske batterier. Hvorvidt dagens marked kan opprettholdes etter reduserte subsidier er fortsatt et spørsmålstegn. Som partner til BMW innen batteri tror jeg selvfølgelig at CATL har nok styrke til å utvikle produkter med lavere priser og bedre produkter.
Hvordan brenner litium-ion-batterier
Vel, etter å ha snakket om klassifiseringen av strømbatterier og fortid og nåtid, la's snakke om litiumbatteriet med størst markedsandel, hvorfor det er så lett å ta fyr.
Kilden til litiumbatteribrann er termisk løping.
Hovedårsakene til overoppheting og spontan forbrenning av litiumbatterier er interne og eksterne. Den interne årsaken er hovedsakelig aldring av batteriet, og de eksterne årsakene er hovedsakelig: punktering, kollisjon, kortslutning, ekstern overoppheting og utladning og overlading med høy effekt.
Litiumbatterier består av en positiv elektrode, en negativ elektrode og en separator som bare lar litiumioner passere gjennom. Batteriet avgir varme under drift. Når temperaturen økes til en viss temperatur, vil membranen lukkes termisk, og forhindrer litiumioner i å passere gjennom, isolerer de positive og negative elektroder på batteriet, stopper reaksjonen og forhindrer at batteriet overopphetes.
Imidlertid vil membranen briste etter en viss temperatur og miste sin beskyttende effekt. Når ekstern varme får membranen til å briste, eller fysisk skade som punktering eller kollisjon, eller til og med litiumionkrystallen dannet av den aldrende negative elektroden punkterer membranen, vil ikke membranen være i stand til å isolere de positive og negative elektrodene, og en intern kortslutning vil oppstå i batteriet.
På grunn av den interne kortslutningen har batteriet en stor kontaktflate mellom de positive og negative elektrodene og reagerer voldsomt, og frigjør mye varme, og denne prosessen fortsetter å intensivere, og temperaturen fortsetter å stige.
Elektrolytten som brukes i litiumbatterier er ikke stabil ved høye temperaturer. I tillegg til fordampning ved høye temperaturer, vil dannelsen av gass føre til at batteriet utvider seg og sprekker, noe som forsterker den interne kortslutningen. Etter å ha nådd en viss temperatur vil det oppstå en rekke nedbrytningsreaksjoner, og en stor mengde varme, denne varmen vil føre til at reaksjonen forsterkes ytterligere, og til slutt produserer selvoppvarmingseffekten.
Når et litiumbatteri har en intern kortslutning på grunn av ulike årsaker, kan varmen som frigjøres forårsake en kjedereaksjon av det gjenværende batteriet, som til slutt vil føre til et stort område med termisk løping.
Elektrolytten som brukes i litiumbatterier er et flyktig og brennbart organisk løsningsmiddel, som kan antennes under termisk løping. Det som til slutt dukket opp var akkurat som i flere Model S spontane forbrenningsulykker. Det ble plutselig sluppet ut store mengder røyk, og brannen ble påtent i løpet av kort tid, og det var vanskelig å slukke brannen.
Nasjonale obligatoriske standarder sikrer sikkerhet
Siden det er problemer med litiumbatterier, for å sikre sikker bruk av litiumbatterier i personbiler, har staten etablert to sett med strenge obligatoriske standarder for personbilbatterier og lagringsbatterier, inkludert systemland, med 16 og 10 sikkerhetstest hhv. Alle tester skal bestås samtidig, og elbiler som oppfyller de to nasjonale standardene kan markedsføres for å møte forbrukerne.
Alle testene utføres under forutsetning av at batteriet er fulladet. Flere av testene er mer voldelige. Regissøren vil snakke om det i detalj og la alle føle strengheten til denne standarden.
Akupunkturtesten går ut på å bruke en stålnål med en diameter på 6-8mm for å punktere vertikalt med en hastighet på 25mm/s og trenge gjennom minst tre batterier, og stålnålen blir værende i batteriet. Observer i én time uten eksplosjon, forbrenning eller brann.
Oppvarmingstesten skal øke til 130 grader med en hastighet på 5 grader Celsius per minutt og holde den i 30 minutter. Etter å ha stoppet oppvarmingen, observer i en time at ingen eksplosjon, forbrenning eller brann kan oppstå.
Temperatursyklustesten er å justere temperaturen i henhold til temperaturen og varigheten i tabellen ovenfor, syklus 5 ganger og observere i en time etter det, men det er fortsatt ingen eksplosjon, forbrenning eller brann.
Det er også en ekstern branntest. Det brukes et brennoljebasseng som er større enn batterisystemet. Batteriet er direkte utsatt for 50 cm over brennkammeret. Flammen brenner batteriet direkte i 70 sekunder, og deretter legges dekkplaten i 60 sekunder eller direkte. Fortsett å brenne i 60 sekunder. Hvis batteriet har en flamme etter at det forlot brannkilden, vil det ta mindre enn 2 minutter å slukke. Observer i 2 timer, det skal ikke være noen eksplosjon, forbrenning eller brann.
Faktisk, etter disse strenge standardtestene, er sannsynligheten for spontan antennelse av elektriske kjøretøybatterier ikke høyere enn for drivstoffbiler. For rene elektriske kjøretøy eller hybridbiler produsert og solgt av kraftige OEM-er, kan alle være trygge når det gjelder sikkerhet. .
Kontinuerlig forbedring av sikkerhetsytelsen
I tillegg til sikkerhetsytelsen fastsatt av de nasjonale obligatoriske standardene for selve batteriet, for å sikre sikkerheten til kjøretøyets batteri, er det mye annet utstyr for å sikre sikkerheten.
For eksempel, etter at Tesla ble brent av et punktert batteri i 2013, redesignet Tesla den eksterne beskyttelsesenheten til batteriet.
Bruken av aluminiumslegering og titanmaterialer for å skape en avbøyning"skjold" kan ikke bare beskytte mot frontkollisjoner, men også avlede noen sprutende eller punkterte gjenstander, noe som i stor grad reduserer sannsynligheten for at batteriet punkterer og støter fra utsiden.
En annen viktig enhet for å unngå overoppheting av batteriet er strømstyrings BMS-algoritmen til strømsystemet. En effektiv strømstyringsalgoritme kan effektivt unngå forekomsten av overlading. Fordi batteristrømmen ikke kan detekteres direkte, kan den kun estimeres ved strøm og spenning. Når strømstyringsstrategien er feil på grunn av vær og andre årsaker, er det lett å forårsake overlading.
Overlading fører til at den positive elektroden på batteriet løses opp, elektrolytten oksideres og dekomponeres, batteriet varmes opp og sveller og sprekker, og til slutt tar det fyr.
Nå studerer forskjellige team over hele verden mer avanserte og effektive strømstyringsalgoritmer. En utmerket strømstyringsalgoritme kan ikke bare oppdage batterioverlading i tide for å unngå overoppheting, men også gjenkjenne om det oppstår en intern kortslutning, gi advarsler til kjøretøypersonell og veilede personell til raskt å rømme.
Det kan til og med redusere temperaturen på den interne kortslutningsdelen gjennom det aktive varmeavledningssystemet, og til slutt realisere temperaturkontrollen før den termiske løpingen.
En annen måte er selvfølgelig å bruke en aktiv temperaturkontrollstrategi, ved å bruke et væskekjølt sirkulasjonssystem for å pakke inn batteripakken. Det kan ikke bare unngå overlading og overutlading forårsaket av at batteritemperaturen er for høy eller for lav, men også holde batteriet i et passende temperaturområde, holde batteriet lades ved den beste temperaturen og oppnå den beste hurtigladeeffekten.
Den tradisjonelle litiumbatterimembranen bruker en enkelt polyetylen eller polypropylen, og membranen vil bli skadet når temperaturen overstiger 135 grader, og det er fare for selvantennelse. Det nye batteriet bruker en polypropylen-polyetylen-polypropylen-komposittmembran, som fortsatt kan opprettholde blokkeringsfunksjonen til membranen ved høyere temperaturer.
I tillegg brytes elektrolytten i tradisjonelle batterier ned ved høye temperaturer, og genererer store mengder gass og varme, og termisk løping oppstår. Ved å tilsette fosfatester flammehemmende middel til elektrolytten, kan reaksjonen effektivt avbrytes og forbrenningsreaksjonen organiseres.
Det er mange flere av disse ulike tiltakene, og de forbedres stadig basert på tilbakemeldinger fra brukere og testresultater. Sikkerheten til elektriske kjøretøy vil ikke ligge bak sikkerheten til drivstoffbiler på grunn av endringer i kraftsystemet.
Som den fremtidige utviklingsretningen er det mange forskjellige selskaper og forskjellige tekniske team som hele tiden bidrar til sikkerhetsytelsen til elektriske kjøretøy. Den nåværende sikkerheten til drivstoffkjøretøyer har også blitt oppsummert og forbedret i forskjellige ulykker. I fremtiden, ettersom elektriske kjøretøy dukker opp mer utbredt i livene våre, vil sikkerheten til elektriske kjøretøy helt sikkert bli ytterligere forbedret.
Regissøren har noe å si
Sikkerheten til litiumbatterier for elektriske kjøretøy er ikke lav, og den forbedres trinnvis.
Som en ny type kjøretøy har forbrukerne ingen grunn til å be om høyere standarder for elektriske kjøretøy enn drivstoffbiler. Samtidig bør vi se på elbiler i et utviklingsperspektiv, i stedet for å blindt kritisere dem med et konservativt perspektiv.
Noen sier at den verste bilen han kan tenke seg er en innenlands ren elbil. Alt jeg kan si om dette er at da bilindustrien startet, var det ingen tro på at biler kunne erstatte hestevogner.
Tesla har ikke prestert særlig bra med tanke på sikkerhet på grunn av blant annet å være for aggressiv. De mer enn 7000 18650-batteriene lastet med Model S er rett og slett et mareritt for strømstyringssystemet. Men vi kan'ikke nekte elektriske kjøretøy på grunn av dette. Fra det nåværende markedet har batterisikkerhetsteknologi for elektriske kjøretøy langt overgått disse 18650 batteripakkene.
Nedgangen i nye energisubsidier i 2019 er dårlige nyheter for den nye energibilindustrien, fordi prisfordelen til drivstoffbiler ikke lenger er åpenbar. Men fra et annet perspektiv kan det også fremme nye energikjøretøyer.
Tidligere kunne mange selskaper som levde på subsidier bare elimineres av markedet, og resten var selskaper med tilstrekkelig R&D-evne, produksjonsevne og produksjonsevne. For sikkerheten til elektriske kjøretøy, unntatt disse elbilselskapene som har gått over fra"Old Tou Le" kan effektivt forbedre det gjennomsnittlige sikkerhetsnivået for innenlandske rene elektriske kjøretøyer.
