Kuidas on valmistatud mitteisesüttiv aku?
Mõned päevad tagasi, CCTV's"Täna's" veerg teatas 2017. aastal Samsung Note 4 iseenesliku põlemise õnnetusest, mille tõttu 4-aastane tüdruk põletas oma nägu. Samsungi' mobiiltelefonide isesüttimise probleemide tõttu keelati isegi lennukites kaasas kandmine.
Kui 3500 mAh mobiiltelefoni aku iseeneslik süttimine võib põhjustada vigastusi, siis alates 16 kWh-st on puhtalt elektrisõidukite iseenesliku süttimise tagajärjed maksimaalselt üle 80 kWh-ga veelgi kohutavamad.
Tundub, et Tesla akuõnnetus pole aga katkenud. Tesla Model S aku arvatav tuleõnnetus leiti ka varem Hongkongis. Sõiduk maandus 2015. aasta septembris.
Kui vaadata tagasi hiljutistele õnnetustele, siis põhimõtteliselt olid mudelid aastatel 2013-2015 turule lastud esimese põlvkonna Model S ning aku eluiga oli üle 4-6 aasta.
& quot;esimene põletus" Model S ilmus 2013. aasta oktoobris – kui Model S sõitis, põrkas šassii vastu teravat eset. Seejärel andis sõiduk alarmi ning omanik jättis sõiduki maha ja põgenes. 20 minuti pärast hakkas sõiduk põlema, Model S Raam põles.
Tegelikult"First Burn" ähmaselt paljastas selliste suure mahutavusega liitiumakude iseenesliku põlemise kohutavad tagajärjed ning põhjuseks on liitiumakude kiire laadimine ja kiire vabastamine, mis mitte ainult ei kahjusta akut, vaid mõjutab ka aku soojusjuhtimist. aku. Nõuded on väga kõrged ja Model S vastab suurepäraselt ülaltoodud kahele punktile.
Aku ohutus on oluline eeldus, et saaksime nautida elektrifitseerimisega kaasnevat mugavat eluiga. Elektrisõidukite akude ohutuse tagamiseks on akutootjad või autotootjad selle nimel palju tööd teinud, olenemata riigist.
Milliseid toiteakusid kasutatakse tänapäeval ning kuidas tagavad riik, originaalseadmete tootjad ja akude tootjad elektrisõidukite akude ohutuse? see elu.
Toite aku täna
Pärast aastatepikkust arendustööd tõid puhtalt elektrisõidukid ja hübriidsõidukid 2018. aastal kaasa täieliku plahvatusliku kasvu. Elektriakude turul on vastuseks energiaakude tarnete pidev suurenemine.
Kuidas on valmistatud mitteisesüttiv aku?
2018. aasta esimese 10 kuu elektriakude tarned on ületanud 2017. aasta oma, kasvades aastaga enam kui 84% ning installeeritud koguvõimsus ulatus 56,89 GWh-ni.
Kuna 2019. aastal tuuakse pidevalt turule vanade originaalseadmete tootjate uusi energiamudeleid ja tarnitakse uusi mootoriga autosid tootvaid ettevõtteid, peaks see arv 2019. aastal jätkuvalt kasvama.
Praegu on turul uutes energiasõidukites kasutatavad peamised akud kõige laialdasemalt kasutatavad kolmekomponentsed liitiumakud, ohutud ja stabiilsed liitiumraudfosfaatakud ning Toyota' eksklusiivsed nikkel-metallhüdriidakud.
Võrreldes elektrisõidukeid enne 2017. aastat, võib tõdeda, et võimsusakude energiatihedus on tõusnud 103,3Wh/kg-lt 142,4Wh/kg-ni ning riik on seadnud 2020. aastaks eesmärgiks 300kWh/kg. võimsuspatareide energiatiheduse tohutu kasv seisneb kolmekomponentsete liitiumakude laialdasel kasutamisel.
Kolmekomponentseid liitiumpatareisid kasutavate sõidukite hulka kuuluvad mudel 3, Corolla e+, BYD Yuan EV ja paljud teised peavoolu uued energiamudelid.
Kuidas on valmistatud mitteisesüttiv aku?
Kolmekomponentse liitiumi eelis seisneb selle suures energiatiheduses. Praegu võivad kõige arenenumad Tesla ja Panasonicu akud jõuda 300 kWh/kg lähedale, CATL ja BYD aga 200 kWh/kg. Praegu on kolmekomponentsete liitiumpatareide materjalidel veel palju arenguruumi. . Kuid ohutus ja aku töötsükkel ei ole nii head kui liitiumraudfosfaatakud ning riik on keelanud nende kasutamise sõiduautodes.
Kolmekomponendilise liitiumi järel teisel kohal on liitiumraudfosfaatpatareid. Nende suurepäraste ohutusnäitajate tõttu kasutatakse neid peamiselt tarbesõidukites. Praegu kasutavad tänavatel sõitvad elektribussid peamiselt liitiumraudfosfaat-akusid.
Võrreldes kolmekomponentsete liitiumakudega toimub elektrolüütide lendumine temperatuuril 200 kraadi Celsiuse järgi, mis on altid isesüttimisele. Liitiumraudfosfaatpatareidel on see probleem ainult 800 kraadi Celsiuse järgi. Kuid BYD, millel on praegu kõrgeim akutihedus, võib ulatuda vaid 150 kWh/h. BYD Dynasty seeria, mis kasutas liitiumraudfosfaatpatareisid, on samuti läinud üle kolmekomponentsete liitiumakudele.
Nüüd, mil liitiumraudfosfaatpatareide energiatihedus on teoreetilise piiri lähedal, pole enam palju arenguruumi. Veelgi enam, võimsus väheneb pärast 100-kordset laadimist alla -10 kraadi alla 20% ja seda on põhimõtteliselt raske kasutada külmas keskkonnas.
Mis puutub Toyota' eksklusiivsetesse nikkel-metallhüdriidakudesse, siis kuigi nende ohutust ja töökindlust on testitud juba aastaid, pole pärast nii pikka kasutusaastat juhtunud akuohutusega seotud õnnetusi. Toyota on aga seadnud sellega seoses liiga palju patenditõkkeid, mistõttu on teistel tootjatel raske kasutada.
Ni-MH akude tsükliajad on väga madalad ning võimalikud on ainult madalad laadimis- ja tühjenemistsüklid. Toyota Prius hoiab aku 40–60% mahutavuse juures. Lisaks on energiatihedus isegi madalam kui liitiumraudfosfaatakudel, mistõttu ei saa seda kasutada hübriidmudelites ja puhtalt elektrilistes mudelites. Toyota' hübriidmudelid ja puhtalt elektrilised mudelid kasutavad samuti kolmekomponentseid liitiumakusid.
Kolmekomponentsete liitiumpatareide ja liitiumraudfosfaatpatareide ulatuslikule turuosale tuginedes ületasid CATL-i 2018. aasta tarned Panasonicu, mis toetus Teslale ja Toyotale ning teistele puhtalt elektrilistele hübriidmudelitele, ning BYD-le, mis tarnib peamiselt oma mudeleid. Saadetiste meistriks pürgiv, 41,3% turuosaga siseturul.
Kuid energiatiheduse ja -kulude osas on need Panasonicu, LG ja teiste Jaapani ja Korea akudega võrreldes endiselt ebasoodsamas olukorras. Kas pärast toetuste vähendamist suudetakse praegust turgu säilitada, on endiselt küsimärk. BMW akupartnerina usun loomulikult, et CATL-il on piisavalt jõudu, et arendada madalama hinnaga ja paremaid tooteid.
Kuidas liitium-ioonakud põlevad
Olles rääkinud toiteakude klassifikatsioonist ning minevikust ja olevikust, räägime nüüd' suurima turuosaga liitiumakust, miks see nii kergesti süttib.
Liitiumaku tulekahju allikas on termiline põgenemine.
Liitiumakude ülekuumenemise ja isesüttimise peamised põhjused on sisemised ja välised. Sisemine põhjus on peamiselt aku vananemine ja välised põhjused on peamiselt: torke, kokkupõrge, lühis, väline ülekuumenemine ning suure võimsusega tühjenemine ja ülelaadimine.
Liitiumakud koosnevad positiivsest elektroodist, negatiivsest elektroodist ja separaatorist, mis laseb läbi ainult liitiumioonid. Aku eraldab töötamise ajal soojust. Kui temperatuur tõstetakse teatud temperatuurini, sulgub membraan termiliselt, takistades liitiumioonide läbimist, isoleerides aku positiivsed ja negatiivsed elektroodid, peatades reaktsiooni ja vältides aku ülekuumenemist.
Diafragma aga rebeneb pärast teatud temperatuuri saavutamist ja kaotab kaitsevõime. Kui väline kuumus põhjustab diafragma rebenemise või füüsilise kahjustuse (nt torke või kokkupõrke) või isegi vananeva negatiivse elektroodi moodustatud liitiumiooni kristallide torgamise diafragma, ei suuda diafragma positiivseid ja negatiivseid elektroode isoleerida ning akus tekib sisemine lühis.
Sisemise lühise tõttu on akul positiivse ja negatiivse elektroodi vahel laiaulatuslik kontakt ning see reageerib ägedalt, eraldades palju soojust ning see protsess intensiivistub ja temperatuur tõuseb jätkuvalt.
Liitiumakudes kasutatav elektrolüüt ei ole kõrgel temperatuuril stabiilne. Lisaks lendumisele kõrgel temperatuuril põhjustab gaasi moodustumine aku paisumist ja purunemist, mis intensiivistab sisemist lühist. Pärast teatud temperatuuri saavutamist toimub rida lagunemisreaktsioone ja suur hulk soojust, see soojus põhjustab reaktsiooni edasise intensiivistamise ja lõpuks isekuumenemise efekti.
Kui liitiumakul on erinevatel põhjustel sisemine lühis, võib eralduv soojus põhjustada allesjäänud aku ahelreaktsiooni, mis lõpuks põhjustab suurel hulgal termilist põgenemist.
Liitiumpatareides kasutatav elektrolüüt on lenduv ja tuleohtlik orgaaniline lahusti, mis võib termiliselt süttida. See, mis lõpuks ilmnes, sarnanes mitmete Model S-i iseenesliku põlemise õnnetustega. Järsku eraldus suur kogus suitsu ning tuli süttis lühikese aja jooksul ning tuld oli raske kustutada.
Riiklikud kohustuslikud standardid tagavad ohutuse
Kuna liitiumakudega on probleeme, siis liitiumakude ohutu kasutamise tagamiseks sõiduautodes on riik kehtestanud sõiduautode akudele ja akudele kaks rangete kohustuslike standardite komplekti, sealhulgas süsteemiriigid, 16 ja 10 ohutustestiga. esemed vastavalt. Kõik testid tuleb läbida korraga ja kahele riiklikule standardile vastavaid elektrisõidukeid saab turustada tarbijatele vastamiseks.
Kõik testid viiakse läbi tingimusel, et aku on täielikult laetud. Mitmed testid on vägivaldsemad. Lavastaja räägib sellest üksikasjalikult ja laseb kõigil tunda selle standardi rangust.
Nõelravi test on 6-8mm läbimõõduga terasnõela abil vertikaalselt torgamiseks kiirusega 25mm/s ja läbistamiseks vähemalt kolm patareid ning terasnõel jääb patarei sisse. Jälgige tund aega ilma plahvatuse, põlemise või tulekahjuta.
Kuumutamiskatse on tõsta 130 kraadini kiirusega 5 kraadi Celsiuse järgi minutis ja hoida seda 30 minutit. Pärast kütmise peatamist jälgige ühe tunni jooksul, et plahvatust, põlemist ega tulekahju ei toimuks.
Temperatuuritsükli test on temperatuuri reguleerimine vastavalt ülaltoodud tabeli temperatuurile ja kestusele, tsükli 5 korda ja pärast seda vaadeldakse tund aega, kuid plahvatust, põlemist ega tulekahju ikka ei toimu.
Samuti on olemas väline tulekatse. Kasutatakse akusüsteemist suuremat kütteõli basseini. Aku jääb otse 50 cm kõrgusele ahjust. Leek põletab akut otse 70 sekundit ja seejärel lisatakse katteplaat 60 sekundiks või otse. Jätkake põletamist 60 sekundit. Kui akul on pärast tuleallikast lahkumist leek, kulub selle kustutamiseks vähem kui 2 minutit. Jälgige 2 tundi, ei tohiks olla plahvatust, põlemist ega tulekahju.
Tegelikult pole pärast neid rangeid standardkatseid elektrisõidukite jõuakude iseenesliku süttimise tõenäosus suurem kui kütusega sõidukitel. Puhtalt elektrisõidukite või hübriidsõidukite puhul, mida toodavad ja müüvad võimsad originaalseadmete tootjad, võivad kõik olla ohutuse osas kindlad. .
Pidevalt täiustatakse ohutust
Lisaks aku enda riiklikes kohustuslikes standardites sätestatud turvalisusele on sõiduki aku ohutuse tagamiseks palju muid seadmeid, mis tagavad selle ohutuse.
Näiteks pärast seda, kui Tesla põles 2013. aastal läbitorgatud aku tõttu, kujundas Tesla ümber aku välise kaitseseadme.
Alumiiniumisulamist ja titaanist materjalide kasutamine läbipainde tekitamiseks"kilp" ei saa mitte ainult kaitsta laupkokkupõrke eest, vaid ka tõrjuda mõned pritsmed või torgatud objektid, mis vähendab oluliselt aku läbitorkamise ja väljastpoolt põrutamise tõenäosust.
Teine oluline seade aku ülekuumenemise vältimiseks on toitesüsteemi toitehalduse BMS-algoritm. Tõhus toitehaldusalgoritm võib tõhusalt vältida ülelaadimist. Kuna aku võimsust ei saa otseselt tuvastada, saab seda hinnata ainult voolu ja pinge järgi. Kui toitehaldusstrateegia on ilmastiku ja muude põhjuste tõttu vale, on lihtne põhjustada ülelaadimist.
Ülelaadimine põhjustab aku positiivse elektroodi lahustumise, elektrolüüt oksüdeerub ja laguneb, aku kuumeneb ja paisub ja puruneb ning lõpuks süttib.
Nüüd uurivad erinevad meeskonnad üle maailma täiustatud ja tõhusamaid toitehaldusalgoritme. Suurepärane toitehaldusalgoritm ei suuda mitte ainult tuvastada õigeaegselt aku ülelaadimist, et vältida ülekuumenemist, vaid tuvastab ka sisemise lühise, hoiatab sõiduki personali ja juhendab töötajaid kiiresti põgenema.
See võib isegi vähendada sisemise lühiseosa temperatuuri aktiivse soojuse hajumise süsteemi kaudu ja lõpuks realiseerida temperatuuri reguleerimise enne termilist põgenemist.
Muidugi on veel üks võimalus kasutada aktiivset temperatuuri reguleerimise strateegiat, kasutades aku pakkimiseks vedelikjahutusega tsirkulatsioonisüsteemi. See ei saa mitte ainult vältida ülelaadimist ja ülelaadimist, mis on põhjustatud aku liiga kõrgest või liiga madalast temperatuurist, vaid ka hoida akut sobivas temperatuurivahemikus, hoida aku laadimist parimal temperatuuril ja saavutada parima kiirlaadimise efekti.
Traditsioonilise liitiumaku membraani puhul kasutatakse ühte polüetüleeni või polüpropüleeni ning membraan saab vigastada, kui temperatuur ületab 135 kraadi ning tekib isesüttimise oht. Uus aku kasutab polüpropüleen-polüetüleen-polüpropüleen komposiitmembraani, mis suudab säilitada membraani blokeeriva funktsiooni ka kõrgematel temperatuuridel.
Lisaks laguneb traditsioonilistes akudes elektrolüüt kõrgel temperatuuril, tekitades suures koguses gaasi ja soojust ning tekib termiline põgenemine. Lisades elektrolüüdile fosfaatestri leegiaeglustit, saab reaktsiooni tõhusalt katkestada ja põlemisreaktsiooni korraldada.
Neid erinevaid meetmeid on palju rohkem ja neid täiustatakse pidevalt kasutajate tagasiside ja testitulemuste põhjal. Elektrisõidukite ohutus ei jää elektrisüsteemi muudatuste tõttu kütusega sõitvate sõidukite omast alla.
Tuleviku arengusuunana on palju erinevaid ettevõtteid ja erinevaid tehnilisi meeskondi, kes panustavad pidevalt elektrisõidukite ohutusnäitajatesse. Ka kütusesõidukite senist ohutust on erinevates õnnetustes kokku võetud ja parandatud. Tulevikus, kui elektrisõidukid ilmuvad meie ellu laiemalt, paraneb elektrisõidukite ohutus kindlasti veelgi.
Direktoril on midagi öelda
Elektrisõidukite liitiumakude ohutus ei ole madal ja see paraneb samm-sammult.
Uut tüüpi sõidukitena ei ole tarbijatel põhjust nõuda elektrisõidukitele kõrgemaid standardeid kui kütusega sõidukitele. Samas peaksime vaatama elektrisõidukeid arenguperspektiivis, selle asemel, et neid pimesi konservatiivse pilguga kritiseerida.
Mõned inimesed ütlevad, et halvim auto, mida ta suudab mõelda, on kodumaine puhas elektriauto. Selle kohta võin öelda vaid seda, et kui autotööstus algas, ei uskunud, et autod võivad hobuvankrit asendada.
Tesla ei ole ohutuse osas eriti hästi toiminud selliste põhjuste tõttu nagu liiga agressiivne. Rohkem kui 7000 18650 akut, mis on laaditud Model S-iga, on toitehaldussüsteemi jaoks lihtsalt õudusunenägu. Kuid me ei saa' elektrisõidukeid seetõttu keelata. Praegusel turul on elektrisõidukite akude ohutustehnoloogia kaugelt ületanud need 18650 akut.
Uute energiatoetuste langus 2019. aastal on halb uudis uute energiasõidukite tööstusele, sest kütuseveokite hinnaeelis pole enam ilmne. Kuid teisest vaatenurgast võib see edendada ka uusi energiasõidukeid.
Varem suutis paljud toetustest elanud ettevõtted kõrvaldada ainult turg ja ülejäänud olid piisava R&D võimekuse, tootmisvõimekuse ja tootmisvõimekusega ettevõtted. Elektrisõidukite ohutuse tagamiseks, välja arvatud need elektrisõidukite ettevõtted, mis on muutunud&kvotist;Old Tou Le" võib tõhusalt parandada kodumaiste puhtalt elektrisõidukite keskmist ohutustaset.
