¿Cómo se fabrica la batería eléctrica no autoinflamable?
Hace unos días, CCTV' s" Declaración de hoy' s" La columna informó de un accidente de combustión espontánea en Samsung Note 4 en 2017, que provocó que una niña de 4 años se quemara la cara. Incluso se prohibió el transporte de los teléfonos móviles de Samsung&en aviones debido a problemas de combustión espontánea.
Si la combustión espontánea de una batería de un teléfono móvil de 3.500 mAh puede causarle lesiones, entonces a partir de 16kWh, las consecuencias de la combustión espontánea de vehículos eléctricos puros con un máximo de más de 80kWh serán aún más terribles.
Sin embargo, el accidente de la batería de Tesla parece no haberse interrumpido. También se encontró anteriormente en Hong Kong un presunto accidente de incendio de la batería del Tesla Model S. El vehículo aterrizó en septiembre de 2015.
Mirando hacia atrás en los accidentes recientes, los modelos eran básicamente el Model S de primera generación que se lanzó al mercado en 2013-2015, y la duración de la batería fue de más de 4-6 años.
El" primer quemado" del Model S apareció en octubre de 2013; cuando conducía un Model S, el chasis golpeó un objeto afilado. Entonces el vehículo emitió una alarma y el propietario abandonó el vehículo y huyó. Después de 20 minutos, el vehículo comenzó a arder, Modelo S El marco se quemó.
De hecho," First Burn" reveló vagamente las terribles consecuencias de la combustión espontánea de tales baterías de litio de gran capacidad, y la razón subyacente radica en la carga rápida y liberación rápida de las baterías de litio, que no solo causa un gran daño a la batería, sino que también afecta la gestión térmica de la batería. batería. Los requisitos son muy altos y el Model S se corresponde perfectamente con los dos puntos anteriores.
La seguridad de la batería es un prerrequisito importante para que podamos disfrutar de la cómoda vida que brinda la electrificación. Para garantizar la seguridad de las baterías de vehículos eléctricos, sin importar el país, los fabricantes de baterías o de automóviles han trabajado mucho para ello.
¿Qué tipos de baterías eléctricas se utilizan hoy en día y cómo el país, los fabricantes de equipos originales y los fabricantes de baterías eléctricas garantizan la seguridad de las baterías de los vehículos eléctricos? esta vida.
Energía de la batería hoy
Después de años de desarrollo, los vehículos eléctricos puros y los vehículos híbridos marcaron el comienzo de una explosión total en 2018. La respuesta en el mercado de baterías de energía es el aumento continuo en los envíos de baterías de energía.
¿Cómo se fabrica la batería eléctrica no autoinflamable?
Los envíos de baterías eléctricas en los primeros 10 meses de 2018 han superado a los de 2017, con un crecimiento interanual de más del 84%, y la potencia instalada total alcanzó los 56,89GWh.
Con el lanzamiento continuo de nuevos modelos energéticos de antiguos fabricantes de equipos originales en 2019 y la entrega de nuevas compañías de automóviles eléctricos, se espera que este número continúe creciendo en 2019.
En la actualidad, las principales baterías utilizadas en vehículos de nueva energía en el mercado son las baterías ternarias de litio más utilizadas, las baterías seguras y estables de fosfato de hierro y litio y las baterías exclusivas de hidruro metálico de níquel de Toyota &.
Al comparar los vehículos eléctricos antes de 2017, se puede encontrar que la densidad de energía de las baterías de potencia ha aumentado de 103,3Wh / kg a 142,4Wh / kg, y el país se ha fijado un objetivo de 300kWh / kg para 2020. La razón fundamental para tal El enorme aumento de la densidad energética de las baterías eléctricas radica en la amplia aplicación de las baterías ternarias de litio.
Los vehículos que utilizan baterías ternarias de litio incluyen el modelo 3, Corolla e +, BYD Yuan EV y muchos otros modelos de nueva energía convencionales.
¿Cómo se fabrica la batería eléctrica no autoinflamable?
La ventaja del litio ternario radica en su alta densidad energética. En la actualidad, las baterías Tesla y Panasonic más avanzadas pueden alcanzar cerca de 300kWh / kg, mientras que CATL y BYD actualmente pueden alcanzar los 200kWh / kg. En la actualidad, los materiales de las baterías de litio ternarias todavía tienen mucho margen de mejora. . Sin embargo, el rendimiento de seguridad y el ciclo de la batería no son tan buenos como los de las baterías de fosfato de hierro y litio, y el estado prohíbe su uso en vehículos de pasajeros.
La cuota de mercado sólo superada por el litio ternario son las baterías de fosfato de hierro y litio. Debido a su excelente desempeño en materia de seguridad, se utilizan principalmente en vehículos comerciales. En la actualidad, los autobuses eléctricos que circulan por las calles utilizan principalmente baterías de fosfato de hierro y litio.
En comparación con las baterías ternarias de litio, la volatilización del electrolito se produce a 200 grados Celsius, que es propensa a la combustión espontánea. Las baterías de fosfato de hierro y litio tendrán este problema solo a 800 grados Celsius. Sin embargo, BYD, que tiene la densidad de batería más alta en la actualidad, solo puede alcanzar los 150kWh / h. La serie BYD Dynasty, que utilizaba baterías de fosfato de hierro y litio, también ha cambiado a baterías ternarias de litio.
Ahora que la densidad de energía de las baterías de fosfato de hierro y litio está cerca del límite teórico, no hay mucho margen de mejora. Además, la capacidad se reducirá en menos del 20% después de cargar 100 veces por debajo de -10 grados, y es básicamente difícil de usar en ambientes fríos.
En cuanto a las baterías exclusivas de hidruro metálico de níquel de Toyota &, aunque la seguridad y la confiabilidad han sido probadas durante muchos años, no se han producido accidentes de seguridad de baterías después de tantos años de uso. Sin embargo, Toyota ha establecido demasiadas barreras de patentes a este respecto, lo que dificulta su uso por parte de otros fabricantes.
Los tiempos de ciclo de las baterías Ni-MH son muy bajos y solo son posibles ciclos de baja carga y baja descarga. Toyota Prius mantiene la batería entre un 40% y un 60% de su capacidad. Además, la densidad de energía es incluso menor que la de las baterías de fosfato de hierro y litio, por lo que no se puede utilizar en modelos híbridos y modelos eléctricos puros. Los modelos híbridos de Toyota&y los modelos eléctricos puros también usan baterías ternarias de litio.
Con base en la amplia participación de mercado de las baterías ternarias de litio y las baterías de fosfato de hierro y litio, los envíos de CATL en 2018 superaron a los de Panasonic, que se basaron en Tesla y Toyota y otros modelos híbridos eléctricos puros, y a BYD, que suministra principalmente sus propios modelos. Aspirando a ser el campeón de envíos, con una participación de mercado del 41,3% en el mercado nacional.
Sin embargo, en términos de densidad de energía y costo, todavía están en desventaja en comparación con Panasonic, LG y otras baterías japonesas y coreanas. Si el mercado actual puede mantenerse después de reducir las subvenciones sigue siendo un signo de interrogación. Por supuesto, como socio de BMW en batería, creo que CATL tiene la fuerza suficiente para desarrollar productos con precios más bajos y mejores productos.
¿Cómo se queman las baterías de iones de litio?
Bueno, después de hablar de la clasificación de las baterías eléctricas y del pasado y el presente, ahora&hablemos de la batería de litio con la mayor participación de mercado, por qué es tan fácil incendiarse.
La fuente del incendio de la batería de litio es la fuga térmica.
Las principales razones del sobrecalentamiento y la combustión espontánea de las baterías de litio son internas y externas. La causa interna es principalmente el envejecimiento de la batería, y las causas externas son principalmente: perforación, colisión, cortocircuito, sobrecalentamiento externo y descarga y sobrecarga de alta potencia.
Las baterías de litio constan de un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador que solo permite el paso de iones de litio. La batería emite calor durante el funcionamiento. Cuando la temperatura aumenta a una cierta temperatura, el diafragma se cerrará térmicamente, evitando el paso de los iones de litio, aislando los electrodos positivo y negativo de la batería, deteniendo la reacción y evitando que la batería se sobrecaliente.
Sin embargo, el diafragma se romperá después de cierta temperatura y perderá su efecto protector. Cuando el calor externo hace que el diafragma se rompa, o daños físicos como una perforación o colisión, o incluso el cristal de iones de litio formado por el envejecimiento del electrodo negativo perfora el diafragma, el diafragma no podrá aislar los electrodos positivo y negativo, y un Se producirá un cortocircuito interno en la batería.
Debido al cortocircuito interno, la batería tiene un contacto de gran área entre los electrodos positivo y negativo y reacciona violentamente, liberando mucho calor, y este proceso continúa intensificándose y la temperatura continúa aumentando.
El electrolito utilizado en las baterías de litio no es estable a altas temperaturas. Además de la volatilización a altas temperaturas, la formación de gas hará que la batería se expanda y se rompa, lo que intensifica el cortocircuito interno. Después de alcanzar una cierta temperatura, se producirán una serie de reacciones de descomposición, y una gran cantidad de calor, estos calor harán que la reacción se intensifique aún más y, en última instancia, produzca el efecto de autocalentamiento.
Cuando una batería de litio tiene un cortocircuito interno debido a varias razones, el calor liberado puede causar una reacción en cadena de la batería restante, lo que eventualmente conducirá a una gran área de fuga térmica.
El electrolito utilizado en las baterías de litio es un solvente orgánico volátil e inflamable, que puede encenderse en caso de fuga térmica. Lo que finalmente apareció fue como en varios accidentes de combustión espontánea del Model S. De repente se emitió una gran cantidad de humo y el fuego se encendió en un corto período de tiempo y fue difícil extinguir el fuego.
Las normas obligatorias nacionales garantizan la seguridad
Dado que existen problemas con las baterías de litio, para garantizar el uso seguro de las baterías de litio en los vehículos de pasajeros, el estado ha establecido dos conjuntos de estándares obligatorios estrictos para las baterías de los automóviles de pasajeros y las baterías de almacenamiento, incluidos los países del sistema, con 16 y 10 pruebas de seguridad. elementos respectivamente. Todas las pruebas deben aprobarse al mismo tiempo, y los vehículos eléctricos que cumplen con los dos estándares nacionales pueden comercializarse para satisfacer a los consumidores.
Todas las pruebas se realizan con la condición de que la batería esté completamente cargada. Varias de las pruebas son más violentas. El director hablará de ello en detalle y dejará que todos sientan el rigor de este estándar.
La prueba de acupuntura consiste en utilizar una aguja de acero con un diámetro de 6-8 mm para perforar verticalmente a una velocidad de 25 mm / sy penetrar al menos tres baterías, y la aguja de acero permanece en la batería. Observar durante una hora sin explosión, combustión o incendio.
La prueba de calentamiento debe aumentar a 130 grados a una velocidad de 5 grados Celsius por minuto y mantenerla durante 30 minutos. Después de detener el calentamiento, observe durante una hora que no pueda ocurrir explosión, combustión o incendio.
La prueba del ciclo de temperatura consiste en ajustar la temperatura de acuerdo con la temperatura y la duración de la tabla anterior, realizar un ciclo de 5 veces y observar durante una hora después de eso, pero aún no hay explosión, combustión o incendio.
También hay una prueba de fuego externa. Se utiliza un depósito de aceite combustible más grande que el sistema de batería. La batería se expone directamente a 50 cm por encima del brasero. La llama quema la batería directamente durante 70 segundos y luego se agrega la placa de cubierta durante 60 segundos o directamente. Continúe quemando durante 60 segundos. Si la batería tiene una llama después de dejar la fuente de fuego, tardará menos de 2 minutos en extinguirse. Observar durante 2 horas, no debe haber explosión, combustión o fuego.
De hecho, después de estas estrictas pruebas estándar, la probabilidad de ignición espontánea de las baterías de energía de los vehículos eléctricos no es mayor que la de los vehículos de combustible. Para vehículos eléctricos puros o vehículos híbridos producidos y vendidos por fabricantes de equipos originales poderosos, todos pueden estar tranquilos en términos de seguridad. .
Mejora continua del desempeño en seguridad
Además del desempeño de seguridad estipulado por las normas obligatorias nacionales de la propia batería, para garantizar la seguridad de la batería de potencia del vehículo, existen muchos otros equipos para garantizar su seguridad.
Por ejemplo, después de que Tesla fuera quemada por una batería perforada en 2013, Tesla rediseñó el dispositivo de protección externo de la batería.
El uso de materiales de aleación de aluminio y titanio para crear una deflexión" escudo" No solo puede proteger contra impactos frontales, sino también desviar algunas salpicaduras o objetos perforados, lo que reduce en gran medida la probabilidad de que la batería se pinche e impacte desde el exterior.
Otro dispositivo importante para evitar el sobrecalentamiento de la batería es el algoritmo BMS de administración de energía del sistema de energía. Un algoritmo de gestión de energía eficaz puede evitar eficazmente la sobrecarga. Debido a que la energía de la batería no se puede detectar directamente, solo se puede estimar por corriente y voltaje. Cuando la estrategia de administración de energía es incorrecta debido al clima y otras razones, es fácil causar una sobrecarga.
La sobrecarga hace que el electrodo positivo de la batería se disuelva, el electrolito se oxida y se descompone, la batería se calienta, se hincha y se rompe, y finalmente se incendia.
Ahora, diferentes equipos de todo el mundo están estudiando algoritmos de administración de energía más avanzados y efectivos. Un excelente algoritmo de administración de energía no solo puede detectar la sobrecarga de la batería a tiempo para evitar el sobrecalentamiento, sino también reconocer si ocurre un cortocircuito interno, emitir advertencias al personal del vehículo y guiar al personal para que escape rápidamente.
Incluso puede reducir la temperatura de la parte de cortocircuito interno a través del sistema de disipación de calor activo y finalmente realizar el control de temperatura antes de la fuga térmica.
Por supuesto, otra forma es usar una estrategia de control de temperatura activa, usando un sistema de circulación refrigerado por líquido para envolver el paquete de baterías. No solo puede evitar la sobrecarga y la sobredescarga causadas por la temperatura de la batería demasiado alta o demasiado baja, sino que también puede mantener la batería en un rango de temperatura adecuado, mantener la carga de la batería a la mejor temperatura y lograr el mejor efecto de carga rápida.
El diafragma de batería de litio tradicional utiliza un solo polietileno o polipropileno, y el diafragma se dañará cuando la temperatura exceda los 135 grados y existe el peligro de combustión espontánea. La nueva batería utiliza un diafragma compuesto de polipropileno-polietileno-polipropileno, que aún puede mantener la función de bloqueo del diafragma a temperaturas más altas.
Además, el electrolito de las baterías tradicionales se descompone a altas temperaturas, generando una gran cantidad de gas y calor, y se produce una fuga térmica. Añadiendo retardante de llama de éster de fosfato al electrolito, la reacción se puede interrumpir eficazmente y se puede organizar la reacción de combustión.
Hay muchas más de estas medidas diferentes, y mejoran constantemente en función de los comentarios de los usuarios y los resultados de las pruebas. La seguridad de los vehículos eléctricos no se quedará atrás de la de los vehículos de combustible debido a cambios en el sistema de energía.
Como dirección de desarrollo futuro, hay muchas empresas diferentes y diferentes equipos técnicos que contribuyen constantemente al desempeño de seguridad de los vehículos eléctricos. La seguridad actual de los vehículos de combustible también se ha resumido y mejorado en diferentes accidentes. En el futuro, a medida que los vehículos eléctricos aparezcan más ampliamente en nuestras vidas, la seguridad de los vehículos eléctricos seguramente mejorará aún más.
El director tiene algo que decir
La seguridad de las baterías de litio para vehículos eléctricos no es baja y está mejorando paso a paso.
Como nuevo tipo de vehículo, los consumidores no tienen ninguna razón para pedir estándares más altos para los vehículos eléctricos que para los vehículos de combustible. Al mismo tiempo, deberíamos mirar a los vehículos eléctricos desde una perspectiva de desarrollo, en lugar de criticarlos ciegamente con una perspectiva conservadora.
Algunas personas dicen que el peor auto que se le ocurre es un auto eléctrico doméstico puro. Todo lo que puedo decir sobre esto es que cuando comenzó la industria del automóvil, no existía la creencia de que los automóviles pudieran reemplazar a los carruajes tirados por caballos.
Tesla no se ha desempeñado muy bien en términos de seguridad debido a razones como ser demasiado agresivo. Las más de 7000 baterías 18650 cargadas con el Model S son simplemente una pesadilla para el sistema de administración de energía. Pero no podemos' negar los vehículos eléctricos debido a esto. Desde el mercado actual, la tecnología de seguridad de baterías de vehículos eléctricos ha superado con creces estos paquetes de baterías 18650.
La disminución de los subsidios a nuevas energías en 2019 es una mala noticia para la industria de vehículos de nueva energía, porque la ventaja de precio de los vehículos de combustible ya no es obvia. Pero desde otra perspectiva, también puede promover nuevos vehículos energéticos.
En el pasado, muchas empresas que vivían de los subsidios solo podían ser eliminadas por el mercado, y el resto eran empresas con suficientes capacidades de R& D, capacidades de producción y capacidades de fabricación. Para la seguridad de los vehículos eléctricos, excluidas estas empresas de vehículos eléctricos que se han transformado de" Old Tou Le" puede mejorar eficazmente el nivel medio de seguridad de los vehículos eléctricos puros domésticos.
