Hur är det icke-självantändande strömbatteriet tillverkat?
För några dagar sedan, CCTV's"Today's uttalande" kolumnen rapporterade en spontan förbränningsolycka på Samsung Note 4 2017, som fick en 4-årig flicka att bränna sig i ansiktet. Samsung's mobiltelefoner förbjöds till och med att transporteras på flygplan på grund av spontana förbränningsproblem.
Om den spontana förbränningen av ett 3 500 mAh mobiltelefonbatteri kan leda till att du skadas, från och med 16kWh blir konsekvenserna av självförbränning av rena elfordon med maximalt över 80kWh ännu mer fruktansvärda.
Teslas batteriolycka verkar dock inte ha avbrutits. En misstänkt brandolycka med Tesla Model S-batteriet hittades också i Hong Kong tidigare. Fordonet landade i september 2015.
Om man ser tillbaka på de senaste olyckorna var modellerna i princip den första generationens Model S som släpptes ut på marknaden 2013-2015, och batteritiden var mer än 4-6 år.
Den"första bränningen" av Model S dök upp i oktober 2013 - när en Model S körde träffade chassit ett vasst föremål. Då larmade fordonet och ägaren övergav fordonet och flydde. Efter 20 minuter började fordonet brinna, Model S Ramen brändes.
Faktum är att"Första bränningen" avslöjade vagt de fruktansvärda konsekvenserna av spontan förbränning av sådana litiumbatterier med stor kapacitet, och den bakomliggande orsaken ligger i snabb laddning och snabb utlösning av litiumbatterier, vilket inte bara orsakar stor skada på batteriet, utan också påverkar den termiska hanteringen av batterierna. batteri. Kraven är mycket höga, och Model S överensstämmer perfekt med ovanstående två punkter.
Batterisäkerhet är en viktig förutsättning för att vi ska kunna njuta av det bekväma livet som elektrifieringen medför. För att säkerställa säkerheten för elfordonsbatterier, oavsett land, har batteritillverkare eller biltillverkare gjort mycket arbete för detta.
Vilka typer av strömbatterier används idag, och hur garanterar landet, OEM:er och tillverkare av strömbatterier batterisäkerheten för elfordon? det här livet.
Strömbatteri idag
Efter år av utveckling inledde rena elfordon och hybridfordon en full explosion 2018. Svaret på kraftbatterimarknaden är den kontinuerliga ökningen av leveranser av kraftbatterier.
Hur är det icke-självantändande strömbatteriet tillverkat?
Leveranserna av kraftbatterier under de första 10 månaderna av 2018 har överträffat 2017, med en tillväxt på mer än 84 % från år till år, och den totala installerade effekten nådde 56,89 GWh.
Med den kontinuerliga lanseringen av nya energimodeller från gamla OEM-tillverkare under 2019 och leveransen av nya kraftbilsföretag, förväntas detta antal fortsätta att växa under 2019.
För närvarande är huvudbatterierna som används i nya energifordon på marknaden de mest använda ternära litiumbatterierna, säkra och stabila litiumjärnfosfatbatterier och Toyotas's exklusiva nickel-metallhydridbatterier.
Om man jämför elfordon före 2017 kan man konstatera att energitätheten för kraftbatterier har ökat från 103,3Wh/kg till 142,4Wh/kg, och landet har satt upp ett mål på 300kWh/kg till 2020. Den grundläggande orsaken till en sådan enorm ökning av energitätheten för kraftbatterier ligger i den breda tillämpningen av ternära litiumbatterier.
Fordon som använder ternära litiumbatterier inkluderar modell 3, Corolla e+, BYD Yuan EV och många andra vanliga nya energimodeller.
Hur är det icke-självantändande strömbatteriet tillverkat?
Fördelen med ternärt litium ligger i dess höga energitäthet. För närvarande kan de mest avancerade Tesla- och Panasonic-batterierna nå nära 300kWh/kg, medan CATL och BYD för närvarande kan nå 200kWh/kg. För närvarande har ternära litiumbatterimaterial fortfarande mycket utrymme för förbättringar. . Säkerhetsprestandan och battericykeln är dock inte lika bra som litiumjärnfosfatbatterier, och de är förbjudna av staten från att användas på passagerarfordon.
Marknadsandelen näst efter ternärt litium är litiumjärnfosfatbatterier. På grund av deras enastående säkerhetsprestanda används de främst i kommersiella fordon. I dagsläget använder elbussarna som går på gatorna främst litiumjärnfosfatbatterier.
Jämfört med ternära litiumbatterier sker elektrolytförångning vid 200 grader Celsius, vilket är benäget att självantända. Litiumjärnfosfatbatterier kommer att ha detta problem endast vid 800 grader Celsius. Däremot kan BYD, som har den högsta batteritätheten för närvarande, bara nå 150kWh/h. BYD Dynasty-serien, som använde litiumjärnfosfatbatterier, har också gått över till ternära litiumbatterier.
Nu när energitätheten för litiumjärnfosfatbatterier är nära den teoretiska gränsen finns det inte mycket utrymme för förbättringar. Dessutom kommer kapaciteten att minska med mindre än 20 % efter laddning 100 gånger under -10 grader, och den är i grunden svår att använda i kalla miljöer.
När det gäller Toyota's exklusiva nickel-metallhydridbatterier, även om säkerheten och tillförlitligheten har testats i många år, har inga batterisäkerhetsolyckor inträffat efter så många års användning. Toyota har dock satt upp för många patentbarriärer i detta avseende, vilket gör det svårt för andra tillverkare att använda.
Cykeltiderna för Ni-MH-batterier är mycket låga, och endast låg laddning och låg urladdning är möjliga. Toyota Prius håller batteriet på 40 % till 60 % kapacitet. Dessutom är energitätheten ännu lägre än för litiumjärnfosfatbatterier, så den kan inte användas i hybridmodeller och rena elektriska modeller. Toyotas's hybridmodeller och rena elektriska modeller använder också ternära litiumbatterier.
Genom att förlita sig på den omfattande marknadsandelen för ternära litiumbatterier och litiumjärnfosfatbatterier överträffade CATL:s 2018 leveranser de från Panasonic, som förlitade sig på Tesla och Toyota och andra renelektriska hybridmodeller, och BYD, som huvudsakligen levererar sina egna modeller. Strävar efter att bli mästare av transporter, med en marknadsandel på 41,3 % på den inhemska marknaden.
Men när det gäller energitäthet och kostnad är de fortfarande i underläge jämfört med Panasonic, LG och andra japanska och koreanska batterier. Huruvida den nuvarande marknaden kan bibehållas efter att subventionerna minskat är fortfarande ett frågetecken. Självklart, som partner till BMW inom batteri, tror jag att CATL har tillräckligt med styrka för att utveckla produkter med lägre priser och bättre produkter.
Hur brinner litiumjonbatterier
Tja, efter att ha pratat om klassificeringen av kraftbatterier och dåtid och nutid, låt nu's prata om litiumbatteriet med störst marknadsandel, varför det är så lätt att fatta eld.
Källan till litiumbatteribrand är termisk flykt.
De främsta orsakerna till överhettning och spontan förbränning av litiumbatterier är interna och externa. Den interna orsaken är främst batteriets åldrande, och de externa orsakerna är huvudsakligen: punktering, kollision, kortslutning, extern överhettning och högeffekts urladdning och överladdning.
Litiumbatterier består av en positiv elektrod, en negativ elektrod och en separator som endast låter litiumjoner passera. Batteriet avger värme under drift. När temperaturen höjs till en viss temperatur kommer membranet att stängas termiskt, vilket förhindrar att litiumjoner passerar igenom, isolerar batteriets positiva och negativa elektroder, stoppar reaktionen och förhindrar att batteriet överhettas.
Emellertid kommer membranet att brista efter en viss temperatur och förlora sin skyddande effekt. När yttre värme gör att membranet brister, eller fysisk skada som punktering eller kollision, eller till och med litiumjonkristallen som bildas av den åldrande negativa elektroden punkterar membranet, kommer membranet inte att kunna isolera de positiva och negativa elektroderna, och en intern kortslutning kommer att uppstå i batteriet.
På grund av den interna kortslutningen har batteriet en stor kontaktyta mellan de positiva och negativa elektroderna och reagerar våldsamt och släpper ut mycket värme, och denna process fortsätter att intensifieras och temperaturen fortsätter att stiga.
Elektrolyten som används i litiumbatterier är inte stabil vid höga temperaturer. Förutom förångning vid höga temperaturer kommer gasbildningen att få batteriet att expandera och brista, vilket förstärker den interna kortslutningen. Efter att ha nått en viss temperatur kommer en serie sönderdelningsreaktioner att inträffa, och en stor mängd värme, denna värme kommer att göra att reaktionen intensifieras ytterligare och i slutändan producerar självuppvärmningseffekten.
När ett litiumbatteri har en intern kortslutning på grund av olika orsaker, kan den värme som frigörs orsaka en kedjereaktion hos det återstående batteriet, vilket så småningom kommer att leda till ett stort område av termisk flykt.
Elektrolyten som används i litiumbatterier är ett flyktigt och brandfarligt organiskt lösningsmedel, som kan antändas under termisk flykt. Det som till slut dök upp var precis som i flera Model S spontana förbränningsolyckor. Plötsligt avgavs en stor mängd rök och branden antändes på kort tid och det var svårt att släcka branden.
Nationella obligatoriska standarder garanterar säkerheten
Eftersom det finns problem med litiumbatterier, för att säkerställa säker användning av litiumbatterier i passagerarfordon, har staten fastställt två uppsättningar av strikta obligatoriska standarder för personbilsbatterier och lagringsbatterier, inklusive systemländer, med 16 och 10 säkerhetstest artiklar respektive. Alla tester ska klaras samtidigt och elfordon som uppfyller de två nationella standarderna kan marknadsföras för att möta konsumenterna.
Alla tester utförs under förutsättning att batteriet är fulladdat. Flera av testerna är mer våldsamma. Regissören kommer att prata om det i detalj och låta alla känna strängheten i denna standard.
Akupunkturtestet går ut på att använda en stålnål med en diameter på 6-8mm för att punktera vertikalt med en hastighet av 25mm/s och penetrera minst tre batterier, och stålnålen stannar i batteriet. Observera i en timme utan explosion, förbränning eller brand.
Värmetestet ska öka till 130 grader med en hastighet av 5 grader Celsius per minut och hålla det i 30 minuter. Efter att ha stoppat uppvärmningen, observera under en timme att ingen explosion, förbränning eller brand kan inträffa.
Temperaturcykeltestet är att justera temperaturen enligt temperaturen och varaktigheten i tabellen ovan, cykla 5 gånger och observera i en timme efter det, men det finns fortfarande ingen explosion, förbränning eller brand.
Det finns även ett externt brandtest. En brännoljebassäng som är större än batterisystemet används. Batteriet exponeras direkt till 50 cm ovanför brännaren. Lågan bränner batteriet direkt i 70 sekunder, och sedan läggs täckplåten på i 60 sekunder eller direkt. Fortsätt att bränna i 60 sekunder. Om batteriet har en låga efter att ha lämnat brandkällan tar det mindre än 2 minuter att släcka. Observera i 2 timmar, det får inte förekomma någon explosion, förbränning eller brand.
Faktum är att, efter dessa strikta standardtester, är sannolikheten för spontantändning av elfordonsbatterier inte högre än för bränslefordon. För rena elfordon eller hybridfordon som tillverkas och säljs av kraftfulla OEM-tillverkare kan alla vara säkra på säkerheten. .
Ständigt förbättra säkerhetsprestandan
Utöver säkerhetsprestandan som anges av de nationella obligatoriska standarderna för själva batteriet, för att säkerställa säkerheten för fordonets kraftbatteri, finns det många annan utrustning för att garantera dess säkerhet.
Till exempel, efter att Tesla brändes av ett punkterat batteri 2013, gjorde Tesla om den externa skyddsanordningen för batteriet.
Användningen av aluminiumlegeringar och titanmaterial för att skapa en avböjning"sköld" kan inte bara skydda mot frontalkrockar, utan även avleda vissa stänkande eller punkterade föremål, vilket avsevärt minskar sannolikheten för att batteriet punkteras och stöter från utsidan.
En annan viktig anordning för att undvika överhettning av batteriet är energisystemets BMS-algoritm för energihantering. En effektiv energihanteringsalgoritm kan effektivt undvika uppkomsten av överladdning. Eftersom batterieffekten inte kan detekteras direkt kan den endast uppskattas med ström och spänning. När energihanteringsstrategin är fel på grund av väder och andra orsaker är det lätt att orsaka överladdning.
Överladdning gör att batteriets positiva elektrod löses upp, elektrolyten oxideras och sönderdelas, batteriet värms upp och sväller och spricker och slutligen fattas eld.
Nu studerar olika team över hela världen mer avancerade och effektiva energihanteringsalgoritmer. En utmärkt energihanteringsalgoritm kan inte bara upptäcka batteriöverladdning i tid för att undvika överhettning, utan också känna igen om en intern kortslutning inträffar, utfärda varningar till fordonspersonal och vägleda personal att snabbt fly.
Det kan till och med minska temperaturen på den interna kortslutningsdelen genom det aktiva värmeavledningssystemet, och slutligen realisera temperaturkontrollen innan den termiska flykten.
Naturligtvis är ett annat sätt att använda en aktiv temperaturkontrollstrategi, med hjälp av ett vätskekylt cirkulationssystem för att slå in batteripaketet. Det kan inte bara undvika överladdning och överurladdning orsakad av att batteritemperaturen är för hög eller för låg, utan också hålla batteriet i ett lämpligt temperaturområde, hålla batteriets laddning vid bästa temperatur och uppnå bästa snabbladdningseffekt.
Det traditionella litiumbatteriets membran använder en enda polyeten eller polypropen, och membranet kommer att skadas när temperaturen överstiger 135 grader, och det finns risk för självantändning. Det nya batteriet använder ett polypropen-polyeten-polypropen-kompositmembran, som fortfarande kan bibehålla membranets blockerande funktion vid högre temperaturer.
Dessutom sönderfaller elektrolyten i traditionella batterier vid höga temperaturer, genererar en stor mängd gas och värme, och termisk flykt uppstår. Genom att tillsätta fosfatester flamskyddsmedel till elektrolyten kan reaktionen effektivt avbrytas och förbränningsreaktionen kan organiseras.
Det finns många fler av dessa olika åtgärder, och de förbättras ständigt baserat på feedback från användare och testresultat. Säkerheten för elfordon kommer inte att släpa efter den för bränslefordon på grund av förändringar i kraftsystemet.
Som den framtida utvecklingsriktningen finns det många olika företag och olika tekniska team som ständigt bidrar till elfordons säkerhetsprestanda. Den nuvarande säkerheten för bränslefordon har också sammanfattats och förbättrats vid olika olyckor. I framtiden, när elfordon dyker upp mer allmänt i våra liv, kommer säkerheten för elfordon säkerligen att förbättras ytterligare.
Direktören har något att säga
Säkerheten för litiumbatterier för elfordon är inte låg, och den förbättras steg för steg.
Som en ny typ av fordon har konsumenterna ingen anledning att begära högre standarder för elfordon än bränslefordon. Samtidigt borde vi se på elfordon i ett utvecklingsperspektiv, istället för att blint kritisera dem med ett konservativt perspektiv.
Vissa säger att den värsta bilen han kan tänka sig är en inhemsk ren elbil. Allt jag kan säga om detta är att när bilindustrin startade fanns det ingen tro på att bilar kunde ersätta hästdragna vagnar.
Tesla har inte presterat särskilt bra säkerhetsmässigt på grund av till exempel att de varit för aggressiva. De mer än 7000 18650-batterierna laddade med Model S är helt enkelt en mardröm för strömhanteringssystemet. Men vi kan'inte neka elfordon på grund av detta. Från den nuvarande marknaden har batterisäkerhetstekniken för elbilar vida överträffat dessa 18650 batteripaket.
Nedgången i nya energisubventioner 2019 är dåliga nyheter för den nya energifordonsindustrin, eftersom prisfördelen med bränslefordon inte längre är uppenbar. Men ur ett annat perspektiv kan det också främja nya energifordon.
Tidigare kunde många företag som levde på subventioner bara elimineras av marknaden, och resten var företag med tillräcklig R&D-kapacitet, produktionskapacitet och tillverkningskapacitet. För elfordons säkerhet, exklusive dessa elfordonsföretag som har omvandlats från"Old Tou Le" kan effektivt förbättra den genomsnittliga säkerhetsnivån för inhemska rena elfordon.
