Kaasaegsete elektroonikaseadmete ja elektrisõidukite põhitoiteallikana kasutatakse liitium-ioonakusid laialdaselt nutitelefonides, elektrisõidukites (EV) ja isiklikes kergetes elektrisõidukites (PLEV), nagu e-tõukerattad ja e{2}}jalgrattad. Vaatamata suurele energiatihedusele, pikale elueale ja kiirele laadimisele on termiline jooksmine (TR) endiselt liitium-ioonakude suurim ohutusoht. Kui aku temperatuur ületab kriitilist läve (tavaliselt 150-180 kraadi), käivitab see kontrollimatu isekuumenemise tsükli, mille käigus eraldub suur hulk soojust ja mürgiseid gaase, mis põhjustab tulekahjusid või isegi plahvatusi.
PLEV aku tuleõnnetuste sagedase esinemise tõttu on muutunud eriti kiireloomuliseks termilise põgenemismehhanismi sügav mõistmine ja ennetusmeetmete võtmine. See artikkel viib läbi süstemaatilise analüüsi mehhanismist lahendusteni.
I. Termilise põgenemise olulised omadused
Termiline põgenemine on keemiline ahelreaktsioon, mis tekib siis, kui liitium{0}}ioonaku soojuse genereerimise kiirus ületab selle soojuseraldusvõimet, ja millel on isesätev kiirendus, kuni kõik akus olevad põlevad ained on ära kulunud. Selle peamised ilmingud hõlmavad järgmist:
1. Kontrollimatu temperatuuri tõus
- Käivituslävi: elektrolüüdi ja elektroodi materjalide vahel toimuvad eksotermilised reaktsioonid temperatuuril 150–180 kraadi.
- Temperatuuri tõusu kiirus: Reaktsioonist vabanev soojus võib põhjustada temperatuuri tõusu üle 1000 kraadi.
- Levikurisk: kõrge temperatuur võib põhjustada soojuse levikut külgnevates akuelementides.
2. Gaasipurse ja kesta purunemine
- Gaasi koostis: elektrolüütide lagunemisel tekivad tuleohtlikud ja mürgised gaasid nagu vesinik ja süsinikmonooksiid.
- Rõhu kogunemine: suletud kesta siserõhu järsk tõus põhjustab rebenemist.
- Sekundaarsed katastroofid: eraldunud gaasid võivad sädemetega kokku puutudes plahvatada.
3. Tulekahju ja mürgiste gaaside eraldumine
- Põlemisomadused: leegi temperatuur ületab 1000 kraadi ja katoodmaterjalid lagunevad, vabastades põlemist toetava hapniku.
- Traditsiooniline lämbumisega tulekustutusmeetod on ebaefektiivne ja nõuab pidevat jahutuskontrolli.
- Toksilised heitmed: Söövitavate gaaside, näiteks vesinikfluoriidhappe (HF) eraldumine, mis kahjustab hingamisteid.
4. Termilise leviku mehhanism
II. Termilise põgenemise nelja indutseeriva teguri analüüs
1. Mehaaniline kuritarvitamine
- Kokkupõrge ja läbitorkamine: välised jõud kahjustavad separaatorit, mis põhjustab sisemisi lühiseid (nt e-sõiduki kukkumine).
- Vibratsiooniväsimus: pidev vibratsioon põhjustab elektroodides mikro{0}}pragusid, suurendades kohaliku ülekuumenemise ohtu.
- Tehnilised kaitsesoovitused: akumoodulite konstruktsioonis võib suure{0}}tugevate SMT vaskribade ühenduste kasutamine parandada mehaanilist stabiilsust ja vähendada vibratsioonist-indutseeritud mikro{2}}kahjustusi.
2. Elektri kuritarvitamine
- Ülelaadimine või ülelaadimine põhjustab sisemise struktuuri halvenemist
- Overcharging (>4,2 V/rakk): anoodi liitiumplaat moodustab dendriite, mis tungivad läbi separaatori.
- üle-tühjenemine (<2.5V/cell): Dissolution of copper current collectors leads to internal short circuits.
- BMS-i tõrge: akuhaldussüsteem ei tööta ja ei saa vältida ebatavalisi olekuid.
3. Termiline kuritarvitamine
- Kõrge ümbritseva õhu temperatuur: akud puutuvad kokku üle 60 kraadises keskkonnas (nt sõidukites intensiivse päikesevalguse käes).
- Ebapiisav soojuse hajumine: moodulites olevad akud on liiga tihedalt virnastatud, põhjustades soojuse akumuleerumist.
- Soojusjuhtimise vead: Tõhusa soojuse hajumise tee konstruktsiooni puudumine.
4. Tootmisvead
- Metalli lisandid: mikroni{0}}suurused metalliosakesed, mis jäävad tootmisprotsessi, tungivad läbi separaatori.
- Eraldaja defektid: ebaühtlane kate põhjustab lokaalse isolatsioonirikke.
- Halvemad elemendid: võltsitud akudel puuduvad kaitseklapid (CID) ja positiivse temperatuurikoefitsiendi (PTC) kaitse.
Ⅲ. Thermal Runaway Prevention Technology System
1. Soojusjuhtimise disaini täiustused
- Soojusisolatsioonitõkked: Soojuslevi edasilükkamiseks kasutatakse keraamilisi katteid/aerogeelmaterjale.
- Jahutussüsteemid: elektriautod: vedelikjahutuse tsirkulatsioonitorustikud; PLEV-id: täiustatud jahutusradiaatorid + õhkjahutuskonstruktsioon.
- Struktuurne optimeerimine: mooduli tasemel võib kõrge soojusjuhtivusega SMT vaskribade mõistlik paigutus luua tõhusad külgmised soojuse hajumise teed ja kombineerituna faasimuutusmaterjalidega, et parandada soojuslikku tasakaalu.
2. Intelligentne akuhaldussüsteem (BMS)
- Kolmekordne jälgimine: pinge, voolu ja temperatuuri{0}}tuvastus reaalajas.
- Aktiivne kaitse: automaatne väljalülitus-ülelaadimise/üle-tühjenemise korral; Elementide pingete dünaamiline tasakaalustamine.
- Varajase hoiatamise mehhanism: ebanormaalsete häiresignaalide juhtmevaba edastamine.
3. Olemuselt ohutud materjalid
Erinevate akumaterjalide võrdlus
4. Kasutaja-poolsed kaitsemeetmed
- Laadimisandmed: kasutage originaallaadijaid; Vältige üleöö laadimist; Säilitage laetuse tase vahemikus 20–80%.
- Säilitamisnõuded: Jahedas ja ventileeritav keskkond, eemal süttivatest ainetest.
- Ebanormaalsuse tuvastamine: lõpetage kohe selle kasutamine, kui avastate punni või omapärase lõhna.
Ⅳ. Tipptasemel-seiretehnoloogiad
- Regulatiivsed standardid: jõustage ohutussertifikaate, nagu UL 2271 ja IEC 62619.
- Tootja kohustused: rakkude jälgimissüsteemi loomine; Kõrvaldage kehvemate patareide ringlus.
- Tehnoloogiline uuendus: edendada laserkeevitusklemmide tehnoloogiat, et tagada elektriühenduste töökindlus ja vähendada kontakttakistusest põhjustatud kohalikku ülekuumenemist.
Ⅴ.Järeldus
Elektritranspordi ja energiasalvestuse tööstuse kiire arengu tõttu nõuab liitium-ioonakude termilise voolu ärahoidmine-mitmemõõtmelist koostööd materjalide uurimise ja arendamise, inseneri projekteerimise ja kasutajate koolitamise vallas. Optimeerides soojusjuhtimise kujundusi (nagu SMT vaskriba soojusjuhtivusskeemid), populariseerides intelligentseid BMS-süsteeme ja edendades ohutuid keemilisi süsteeme, nagu LFP, saame luua usaldusväärsema energiasalvestuse ökosüsteemi.
