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Thermisches Durchgehen einer Lithium-Ionen-Batterie

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Thermisches Durchgehen einer Lithium-Ionen-Batterie

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1.Klassifizierung der Auslöser für einen thermischen Durchbrennungsunfall

Es gibt viele Gründe für die Auslösung eines thermischen Unfalls bei Lithium-Ionen-Batterien. Je nach den Merkmalen der Auslösung kann man sie in drei Kategorien einteilen: mechanische Auslösung, elektrische Auslösung und thermische Auslösung. Die drei Arten von Auslösern haben bestimmte interne Beziehungen. Im Allgemeinen führt ein mechanischer Auslöser zu einem Kurzschluss und einem elektrischen Auslöser, während ein elektrischer Auslöser durch Wärmeentwicklung einen thermischen Auslöser verursacht, und ein durch einen thermischen Auslöser verursachter thermischer Durchbruch ist der Kern des Unfallauslösers. Die Analyse der Mechanismen der anderen Auslöseformen kann nicht von der Untersuchung des thermischen Auslösemechanismus getrennt werden.

Zu den mechanischen Auslösern gehören Quetschungen, Nageldurchschläge, Stürze usw., die hauptsächlich durch die Verformung der Batterie unter Krafteinwirkung gekennzeichnet sind; zu den elektrischen Auslösern gehören externe Kurzschlüsse, interne Kurzschlüsse, Überladung, Überentladung usw. Das Hauptmerkmal ist, dass während des Auslösevorgangs Strom fließt; thermische Auslösung umfasst anormale Erhitzung, Flammenerhitzung usw. Das Hauptmerkmal ist, dass die Batterie kontinuierlich die Wärme in der Umgebung absorbiert und die Temperatur ansteigt. In der Sicherheitsprüfungsnorm werden die detaillierten Faktoren für die Auslösung von Unfällen angegeben, die durch Unfallanalysen ermittelt wurden. Die Wahrscheinlichkeit der Auslösung von Unfällen bei Batterien, die die Sicherheitsprüfnorm bestanden haben, wurde ebenfalls stark reduziert. Die Ursache für die Auslösung von Unfällen kann eine andere sein als in der Sicherheitsprüfnorm angegeben. Dies erklärt, warum es bei einem Batteriesystem, das die Sicherheitsprüfnorm bestanden hat, trotzdem zu Unfällen kommen kann.

2.Thermische Durchschlagsausdehnung im Batteriesystem

2.1 Gefahren einer unkontrollierten Ausdehnung des thermischen Durchgehens

Nachdem der thermische Durchbruch ausgelöst wurde, breitet sich die Wärme, die nach dem lokalen thermischen Durchbruch des Monomers freigesetzt wird, auf die Umgebung aus, was die umliegenden Batterien erhitzen und den thermischen Durchbruch der umliegenden Batterien verursachen kann, was auch als "Ausdehnung" des thermischen Durchbruchs im Batteriesystem bekannt ist. Die Energie, die durch das thermische Durchgehen einer einzelnen Batterie freigesetzt wird, ist begrenzt, aber wenn die Kettenreaktion die Ausdehnung des thermischen Durchgehens verursacht, wird die Energie des gesamten Batteriepakets durch das thermische Durchgehen freigesetzt, was großen Schaden verursacht. Wenn im Batteriesystem eines reinen Elektrofahrzeugs mit einer Leistung von 60 kW/h alle Monomere durch unkontrollierte Wärmeausdehnung die gesamte Energie freisetzen, entspricht dies der Freisetzung von 90 kg TNT-Äquivalenten. Mit anderen Worten, wenn es zu einer unkontrollierten thermischen Ausdehnung kommt, wird dies großen Schaden verursachen. Daher müssen die Menschen die Ausbreitung des thermischen Durchgehens verhindern und das thermische Durchgehen auf einige Monomere beschränken.

2.2 Mechanismus der thermischen Runaway-Expansion

Aus der Perspektive der Energieerhaltung, wenn die Heizleistung, die durch die thermische Runaway-Ausdehnung der umgebenden Batterie des thermischen Runaway-Monomers verursacht wird, größer ist als seine eigene Wärmeabgabeleistung, wird die Temperatur der erhitzten umgebenden Batterie steigen, und dann wird der thermische Runaway-Auslöser auftreten. Im Batteriemodul gibt es drei mögliche Hauptpfade für die Wärmeübertragung im Prozess der thermischen Runaway-Ausdehnung:

1) Wärmeleitung zwischen benachbarten Batterieschalen;

2) Wärmeleitung durch den Batteriepol;

3) Die Verbrennung der umgebenden Batterie, die durch den Brand einer einzelnen Batterie verursacht wird.

Die beiden Wege der Wärmeleitung durch die Hülle und die Wärmeleitung durch die Pole verlaufen hauptsächlich zwischen benachbarten Zellen, was leicht zu analysieren und zu kontrollieren ist. Bei quadratischen Zellen ist die Wärmeleitung durch die Hülle viel größer als die des Pols, wenn der Kontakt zwischen Hülle und Schale gut ist. Bei zylindrischen Batteriemodulen muss bei der Wärmeübertragung zwischen Monomer und Monomer möglicherweise auch der Einfluss der Wärmestrahlung berücksichtigt werden. Ein Brand kann jedoch sowohl auf benachbarte Batterien als auch auf das umgebende Zubehör des Batteriesystems einwirken, so dass es komplexer und schwieriger ist, den Schaden für das Batteriesystem zu beurteilen.

Einige Studien haben gezeigt, dass die durch eine brennende Batterie freigesetzte Wärme höher ist als die durch ein einfaches Durchbrennen freigesetzte Wärme, wenn die Batterie nicht brennt. Nach einem Brand setzt sich die Flamme im Allgemeinen um das Ventilgehäuse der thermisch durchgebrannten Batterie fest. Da die Temperatur der äußeren Flamme der Flamme am höchsten ist, werden die Batterie und das Zubehör in der Öffnungsrichtung des Ventilkörpers am meisten erhitzt. Darüber hinaus ist das Batteriesystem selbst konstruktionsbedingt bis zu einem gewissen Grad luftdicht, und das durch thermisches Durchgehen erzeugte Hochtemperaturgas kann nicht rechtzeitig diffundieren und kann auch die umliegenden Batterien erhitzen.

2.3 Widerspruch zwischen Prävention und Design

Entsprechend dem Mechanismus des thermischen Durchgehens können wir ein gezieltes System zur Verhinderung des thermischen Durchgehens entwerfen.

Zunächst muss das Entstehen einer Flamme verhindert werden. Die Richtung der Flammenbildung kann durch die Konstruktion der Einspritzrichtung des Ventilkörpers gesteuert werden; außerdem kann ein Löschmittel hinzugefügt werden, um das Feuer zu löschen. Natürlich hat das Strombatteriesystem die Sicherheitsprüfung bestanden. Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens einer Flamme wurde reduziert; gleichzeitig sorgt die gute Abdichtung des Batteriesystems dafür, dass der interne Sauerstoffgehalt des Batteriesystems nicht ausreicht, was die Bildung und Entwicklung einer Flamme nicht begünstigt.

Zweitens sollten die Auswirkungen der Hochtemperaturgasdiffusion auf andere Komponenten des Batteriesystems berücksichtigt werden. Einige Batterien verfügen über Systeme, die Hochtemperaturgase rechtzeitig ableiten können.

Gleichzeitig sollte der Wärmeübertragungsweg zwischen den Zellen ordnungsgemäß blockiert werden, z. B. durch die Wärmedämmschicht zwischen den einzelnen Zellen. Es sei darauf hingewiesen, dass beim Wärmemanagement Luftspalten zwischen den Batteriegehäusen zur Luftkühlung und zur Trennung benachbarter Batterien vorgesehen werden können. Im Prozess der thermischen Runaway-Ausdehnung dehnt sich die thermische Runaway-Batterie jedoch aus, und der Luftspalt verschwindet aufgrund der Ausdehnung der Batterie. Zu diesem Zeitpunkt ist die Wärmeübertragung zwischen der Batterie und der Batterie immer noch schnell. Es ist nicht möglich, die unkontrollierte Ausdehnung der Wärme zu verhindern, indem man einfach den Luftspalt reserviert.

Darüber hinaus kann die interne Wärmeableitung des Batteriesystems verbessert werden, nachdem das thermische Durchgehen des Monomers ausgelöst wurde; Entladen Sie die Batterie um die fehlerhafte Batterie herum; Füllen Sie Phasenwechselmaterialien zwischen den Batterien, um Wärme zu absorbieren und andere Methoden, um die Ausdehnung des thermischen Durchgehens zu verhindern.

Es gibt jedoch gewisse Widersprüche zwischen dem Design zur Verhinderung der Ausdehnung des Runaways und dem Design anderer Funktionen des Batteriesystems. Die Methode, den Wärmeübertragungspfad zu blockieren, kann dazu führen, dass die Ungleichmäßigkeit der Innentemperatur des Batteriepacks verstärkt wird, was dem Ziel der Temperaturkonstanz im Wärmemanagementdesign des Batteriepacks widerspricht. Darüber hinaus wird das Hinzufügen von Feuerlösch-, Abgas-, Wärmeisolierungs- und anderen Maßnahmen die spezifische Energie des Batteriesystems verringern und die Konstruktionskosten des Batteriesystems erhöhen. Die Frage, wie Sicherheitsmaßnahmen zur Verhinderung eines thermischen Durchgehens unter Berücksichtigung der Leistungsindikatoren und der Konstruktionskosten des Batteriesystems sinnvoll konfiguriert werden können, ist eine der wichtigsten Fragen beim Sicherheitsdesign des Batteriesystems.

3.Schlussfolgerung

Die bestehende Lithium-Ionen-Batterie hat die Prüfung der Sicherheitsstandards bestanden und verfügt über entsprechende Sicherheitsmaßnahmen im Batteriesystem. Die Sicherheit des Batteriesystems wurde erheblich verbessert. Auch wenn die Gefahren, die durch bestehende Sicherheitsunfälle verursacht werden, begrenzt sind, werden mit der Verbesserung der spezifischen Energie von Lithium-Ionen-Batterien die Gefahren, die durch einen einzelnen Sicherheitsunfall verursacht werden, zunehmen. Die einschlägigen Hersteller müssen auf die Sicherheit des Lithium-Ionen-Batteriesystems achten und dürfen die Produktionskosten nicht auf Kosten der Sicherheit des Batteriesystems senken. Denn jeden Tag ereignet sich ein Sicherheitsunfall, der die Sicherheit von Leben und Eigentum der Verbraucher gefährdet und natürlich auch den Verlust des Rufs der Produkte des Unternehmens bedeutet.