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Fuga térmica de una batería de iones de litio

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Fuga térmica de una batería de iones de litio

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1.Clasificación de los factores desencadenantes del accidente de fuga térmica

Hay muchas razones que desencadenan el accidente de fuga térmica de la batería de iones de litio. Según las características del desencadenamiento, puede dividirse en tres categorías: desencadenamiento mecánico, desencadenamiento eléctrico y desencadenamiento térmico. Los tres tipos de formas de disparo tienen ciertas relaciones internas. En general, el disparo mecánico provocará un cortocircuito y un disparo eléctrico, mientras que la generación de calor del disparo eléctrico provocará un disparo térmico, y el desbocamiento térmico provocado por el disparo térmico es el núcleo del disparo por accidente. El análisis del mecanismo de otras formas de disparo no puede separarse del estudio del mecanismo de disparo térmico.

El disparo mecánico incluye el aplastamiento, la penetración de clavos, la caída, etc., que se caracteriza principalmente por la deformación de la batería bajo la fuerza; el disparo eléctrico incluye el cortocircuito externo, el cortocircuito interno, la sobrecarga, la sobredescarga, etc. La característica principal es que hay flujo de corriente durante el proceso de disparo; El disparo térmico incluye calentamiento anormal, calentamiento por llama, etc. La característica principal es que la batería absorbe continuamente el calor del entorno y la temperatura aumenta. La norma de ensayo de seguridad especifica los factores detallados de desencadenamiento de accidentes obtenidos a partir del análisis de accidentes. La probabilidad de que se desencadenen accidentes en las baterías que han superado la norma de pruebas de seguridad también se ha reducido considerablemente. La causa del desencadenamiento del accidente puede ser diferente de la especificada en la norma de pruebas de seguridad. Esto explica por qué el sistema de baterías de potencia que ha superado la norma de ensayo de seguridad puede seguir teniendo accidentes.

2.Expansión térmica incontrolada en el sistema de baterías

2.1 Peligros de la expansión incontrolada de la fuga térmica

Una vez desencadenado el desbordamiento térmico, el calor liberado tras el desbordamiento térmico del monómero local se propaga a los alrededores, lo que puede calentar las baterías circundantes y provocar el desbordamiento térmico de las baterías circundantes, también conocido como "expansión" del desbordamiento térmico en la batería. La energía liberada por la fuga térmica de una sola batería es limitada, pero si la reacción en cadena causa la expansión de la fuga térmica, la energía de todo el paquete de baterías se liberará a través de la fuga térmica, lo que causará un gran daño. Para el sistema de baterías de potencia de un vehículo eléctrico puro de 60 kW - h, si todos los monómeros liberan toda la energía debido a la expansión incontrolada del calor, equivaldrá a liberar 90 kg de energía equivalente a TNT. En otras palabras, una vez que se produzca la expansión térmica descontrolada, causará grandes daños. Por lo tanto, es necesario prevenir la expansión de runaway térmico, y limitar el runaway térmico a algunos monómeros.

2.2 Mecanismo de la expansión térmica fuera de control

Desde el punto de vista de la conservación de la energía, cuando la potencia calorífica causada por la expansión por fuga térmica de la batería circundante del monómero con fuga térmica es mayor que su propia potencia de disipación de calor, la temperatura de la batería circundante calentada aumentará, y entonces se producirá el desencadenamiento de la fuga térmica. En el módulo de la batería, hay tres posibles vías principales para la transferencia de calor en el proceso de expansión por fuga térmica:

1) Conducción de calor entre las carcasas adyacentes de la batería;

2) Conducción de calor a través del polo de la batería;

3) La combustión de la batería circundante causada por el incendio de una sola batería.

Las dos vías de conducción del calor por el armazón y por el polo actúan principalmente entre celdas adyacentes, lo cual es fácil de analizar y controlar. En el caso de las celdas cuadradas, cuando el contacto entre la carcasa y el polo es bueno, la conducción de calor a través de la carcasa es mucho mayor que la del polo. En el caso de los módulos de batería cilíndricos, la transferencia de calor entre monómero y monómero también puede tener que considerar la influencia de la radiación térmica. Sin embargo, la cocción del fuego puede actuar sobre las baterías adyacentes, así como sobre los accesorios circundantes del sistema de baterías, por lo que será más complejo y difícil evaluar el daño que causa al sistema de baterías.

Algunos estudios han demostrado que el calor liberado por el incendio de la batería es mayor que el calor liberado por el simple desprendimiento de calor cuando la batería no está en llamas. Después de que se produzca un incendio, la llama generalmente se adhiere alrededor del cuerpo de la válvula de la batería con fuga térmica. Al mismo tiempo, debido a que la temperatura de la llama exterior de la llama es la más alta, la batería y los accesorios en la dirección de apertura del cuerpo de la válvula son los que más se calientan. Además, desde el punto de vista del diseño, el propio sistema de la batería tiene un cierto grado de hermeticidad, y el gas a alta temperatura generado por la fuga térmica no puede difundirse a tiempo, y también puede calentar las baterías circundantes.

2.3 Contradicción entre prevención y diseño

De acuerdo con el mecanismo de expansión por fuga térmica, podemos diseñar un esquema específico para prevenir la expansión por fuga térmica.

En primer lugar, es necesario prevenir la aparición de llamas. La dirección de generación de la llama se puede guiar por el diseño de la dirección de inyección del cuerpo de la válvula; También se puede añadir agente extintor para extinguir el fuego. Por supuesto, el sistema de batería de alimentación ha superado la norma de prueba de seguridad. La probabilidad de que se produzcan llamas se ha reducido; Al mismo tiempo, el buen sellado del sistema de batería de potencia hace que el contenido de oxígeno interno del sistema de batería sea insuficiente, lo que no favorece la formación y el desarrollo de llamas.

En segundo lugar, debe tenerse en cuenta el impacto de la difusión de gas a alta temperatura en otros componentes del sistema de baterías. Algunas baterías disponen de sistemas que pueden descargar a tiempo los gases a alta temperatura.

Al mismo tiempo, debe bloquearse adecuadamente la vía de transferencia de calor entre las celdas, como la capa de aislamiento térmico entre las celdas individuales. Debe tenerse en cuenta que en la gestión térmica, pueden reservarse espacios de aire entre las carcasas de las baterías para la refrigeración por aire y separar las baterías adyacentes. Sin embargo, en el proceso de expansión por fuga térmica, la batería en fuga térmica se expande, y el espacio de aire desaparecerá debido a la expansión de la batería. En este momento, la transferencia de calor entre la batería y la batería sigue siendo rápida. No es posible evitar la expansión incontrolada del calor simplemente reservando el entrehierro.

Además, se puede mejorar la disipación de calor interna del sistema de baterías después de que se desencadene la fuga térmica del monómero; descargar la batería alrededor de la batería defectuosa; rellenar materiales de cambio de fase entre las baterías para absorber el calor y otros métodos para inhibir la expansión de la fuga térmica.

Sin embargo, existen ciertas contradicciones entre el diseño de la prevención de la expansión por fuga térmica y el diseño de otras funciones del sistema de baterías. El método de bloqueo de la vía de transferencia de calor puede intensificar la falta de uniformidad de la temperatura interna de la batería, lo que contradice el objetivo de uniformidad de la temperatura en el diseño de la gestión térmica de la batería. Además, añadir medidas de extinción de incendios, escape, aislamiento térmico y otras reducirá la energía específica del sistema de baterías y aumentará el coste de diseño del sistema de baterías. Una de las cuestiones importantes en el diseño de la seguridad del sistema de baterías es cómo configurar razonablemente las medidas de seguridad para evitar que se produzca una expansión térmica descontrolada, teniendo en cuenta al mismo tiempo los indicadores de rendimiento y los costes de diseño del sistema de baterías.

3.Conclusión

La batería de ión-litio existente ha superado la prueba de la norma de seguridad, y también cuenta con las medidas de seguridad correspondientes en el sistema de batería. La seguridad de su sistema de batería de potencia ha mejorado mucho. Sin embargo, aunque los peligros causados por los accidentes de seguridad existentes son limitados, con la mejora de la energía específica de las baterías de energía de iones de litio, los peligros causados por un solo accidente de seguridad aumentarán; La popularización a gran escala de los vehículos eléctricos también aumentará la frecuencia de los accidentes de seguridad. Los fabricantes pertinentes deben prestar atención a la seguridad del sistema de baterías de iones de litio, y no deben reducir los costes de producción sacrificando la seguridad del sistema de baterías. Porque todos los días se produce un accidente de seguridad, que pone en peligro la vida y la seguridad de la propiedad de los consumidores y, por supuesto, también significa la pérdida de la reputación de los productos de las empresas.