כיצד מיוצרת סוללת החשמל שאינה מתלקחת?
לפני מספר ימים, הצהרת' של CCTV&של היום'" טור דיווח על תאונת בעירה ספונטנית בסמסונג נוט 4 בשנת 2017, שגרמה לילדה בת 4 לשרוף את פניה. הטלפונים הניידים של סמסונג' אפילו נאסרו להובלה במטוסים עקב בעיות בעירה ספונטנית.
אם בעירה ספונטנית של סוללת טלפון נייד בנפח 3,500 מיליאמפר/שעה עלולה לגרום לך להיפצע, אז החל מ-16kWh, ההשלכות של בעירה ספונטנית של רכבים חשמליים טהורים עם מקסימום של מעל 80kWh יהיו איומות עוד יותר.
עם זאת, נראה כי תאונת הסוללה של טסלה לא נקטעה. חשד לתאונת שריפה של סוללת Tesla Model S נמצאה גם בהונג קונג מוקדם יותר. הרכב נחת בספטמבר 2015.
במבט לאחור על התאונות האחרונות, הדגמים היו בעצם הדור הראשון של Model S שיצא לשוק בשנים 2013-2015, וחיי הסוללה היו יותר מ-4-6 שנים.
ה& quot;צריבה ראשונה" של דגם S הופיע באוקטובר 2013 - כאשר דגם S נהג, השלדה פגעה בחפץ חד. לאחר מכן הרכב הוציא אזעקה והבעלים נטש את הרכב ונמלט. לאחר 20 דקות הרכב החל לבעור, דגם S המסגרת נשרפה.
למעשה,"צריבה ראשונה" חשף במעורפל את ההשלכות הנוראיות של בעירה ספונטנית של סוללות ליתיום בעלות קיבולת כה גדולה, והסיבה הבסיסית נעוצה בטעינה המהירה ובשחרור המהיר של סוללות ליתיום, מה שלא רק גורם נזק גדול לסוללה, אלא גם משפיע על הניהול התרמי של הסוללות. סוֹלְלָה. הדרישות גבוהות מאוד, ודגם S מתאים באופן מושלם לשתי הנקודות שלעיל.
בטיחות הסוללה היא תנאי מוקדם עיקרי כדי שנוכל ליהנות מהחיים הנוחים שמביאה החשמול. על מנת להבטיח את בטיחותם של מצברים לרכב חשמלי, לא משנה מה הארץ, יצרני מצברים או יצרני רכב עשו בשביל זה עבודה רבה.
אילו סוגי סוללות חשמל נמצאים בשימוש כיום, וכיצד המדינה, יצרני הציוד המקורי ויצרני סוללות החשמל מבטיחים את בטיחות הסוללות של כלי רכב חשמליים? החיים האלה.
סוללת חשמל היום
לאחר שנים של פיתוח, רכבים חשמליים טהורים וכלי רכב היברידיים הביאו פיצוץ מלא בשנת 2018. התגובה בשוק סוללות החשמל היא הגידול המתמשך במשלוחי סוללות החשמל.
כיצד מיוצרת סוללת החשמל שאינה מתלקחת?
משלוחי סוללות החשמל ב-10 החודשים הראשונים של 2018 עלו על זה של 2017, עם צמיחה משנה לשנה של יותר מ-84%, וסך ההספק המותקן הגיע ל-56.89GWh.
עם ההשקה המתמשכת של דגמי אנרגיה חדשים מיצרני OEM ישנים ב-2019 ואספקת חברות מכוניות חדשות, מספר זה צפוי להמשיך ולגדול ב-2019.
נכון לעכשיו, הסוללות העיקריות המשמשות ברכבי אנרגיה חדשים בשוק הן סוללות הליתיום הטרינריות הנפוצות ביותר, סוללות ליתיום ברזל פוספט בטוחות ויציבות, וסוללות ניקל-מתכת הידריד הבלעדיות של טויוטה'.
בהשוואת רכבים חשמליים לפני 2017, ניתן לגלות שצפיפות האנרגיה של סוללות חשמל עלתה מ-103.3Wh/kg ל-142.4Wh/kg, והמדינה קבעה יעד של 300kWh/kg עד 2020. הסיבה הבסיסית לכך עלייה עצומה בצפיפות האנרגיה של סוללות כוח טמונה ביישום הרחב של סוללות ליתיום טרינריות.
כלי רכב המשתמשים בסוללות ליתיום משולשות כוללות את דגם 3, Corolla e+, BYD Yuan EV ודגמי אנרגיה חדשים רבים אחרים.
כיצד מיוצרת סוללת החשמל שאינה מתלקחת?
היתרון של ליתיום טריני טמון בצפיפות האנרגיה הגבוהה שלו. נכון להיום, הסוללות המתקדמות ביותר של טסלה ופנסוניק יכולות להגיע לקרוב ל-300kWh/kg, בעוד CATL ו-BYD יכולים להגיע כיום ל-200kWh/kg. נכון לעכשיו, לחומרי סוללת ליתיום משולשים עדיין יש הרבה מקום לשיפור. . עם זאת, ביצועי הבטיחות ומחזור הסוללה אינם טובים כמו סוללות ליתיום ברזל פוספט, והמדינה אוסרת עליהן להשתמש ברכב נוסעים.
נתח השוק השני רק לליתיום טריני הוא סוללות ליתיום ברזל פוספט. בגלל ביצועי הבטיחות הבולטים שלהם, הם משמשים בעיקר בכלי רכב מסחריים. כיום, האוטובוסים החשמליים שנוסעים ברחובות משתמשים בעיקר בסוללות ליתיום ברזל פוספט.
בהשוואה לסוללות ליתיום משולשות, נידוף אלקטרוליטים מתרחש ב-200 מעלות צלזיוס, הנוטה לבעירה ספונטנית. לסוללות ליתיום ברזל פוספט תהיה בעיה זו רק ב-800 מעלות צלזיוס. עם זאת, BYD, בעל צפיפות הסוללה הגבוהה ביותר כיום, יכול להגיע רק ל-150kWh/h. סדרת BYD Dynasty, שהשתמשה בסוללות ליתיום ברזל פוספט, עברה גם היא לסוללות ליתיום טרינריות.
כעת, כשצפיפות האנרגיה של סוללות ליתיום ברזל פוספט קרובה לגבול התיאורטי, אין הרבה מקום לשיפור. יתרה מכך, הקיבולת תצטמצם בפחות מ-20% לאחר טעינה פי 100 מתחת ל-10 מעלות, ובעצם קשה להשתמש בה בסביבות קרות.
באשר לסוללות ניקל-מתכת הידריד הבלעדיות של טויוטה', למרות שהבטיחות והאמינות נבדקו במשך שנים רבות, לא התרחשו תאונות בטיחות במצבר לאחר כל כך הרבה שנים של שימוש. עם זאת, טויוטה הקימה יותר מדי חסמי פטנטים בהקשר זה, מה שמקשה על יצרנים אחרים להשתמש.
זמני המחזור של סוללות Ni-MH נמוכים מאוד, ורק מחזורי טעינה נמוכים ופריקה נמוכים אפשריים. טויוטה פריוס שומרת על קיבולת של 40% עד 60%. בנוסף, צפיפות האנרגיה נמוכה אפילו מזו של סוללות ליתיום ברזל פוספט, כך שלא ניתן להשתמש בה בדגמים היברידיים ובדגמים חשמליים טהורים. הדגמים ההיברידיים של טויוטה' והדגמים החשמליים הטהורים משתמשים גם בסוללות ליתיום משולשות.
בהסתמך על נתח השוק הנרחב של סוללות ליתיום משולשות וסוללות ליתיום ברזל פוספט, המשלוחים של CATL לשנת 2018 עלו על אלו של פנסוניק, שהסתמכה על טסלה וטויוטה ודגמים היברידיים טהורים-חשמליים אחרים, ו-BYD, שמספקת בעיקר דגמים משלה. שואפת להיות אלופת המשלוחים, עם נתח שוק של 41.3% בשוק המקומי.
עם זאת, מבחינת צפיפות האנרגיה והעלות, הם עדיין בנחיתות בהשוואה לסוללות פנסוניק, LG ושאר הסוללות היפניות והקוריאניות. האם ניתן לשמור על השוק הנוכחי לאחר הפחתת הסובסידיות היא עדיין סימן שאלה. כמובן, כשותפה של BMW בסוללות, אני מאמין שלCATL יש מספיק כוח לפתח מוצרים עם מחירים נמוכים יותר ומוצרים טובים יותר.
כיצד סוללות ליתיום-יון נשרפות
ובכן, אחרי שדיברנו על הסיווג של סוללות חשמל ועל העבר וההווה, עכשיו בואו נדבר על סוללת הליתיום עם נתח השוק הגדול ביותר, מדוע קל כל כך להתלקח.
מקור השריפה של סוללת הליתיום הוא בריחת תרמית.
הסיבות העיקריות להתחממות יתר ולבעירה ספונטנית של סוללות ליתיום הן פנימיות וחיצוניות. הגורם הפנימי הוא בעיקר הזדקנות הסוללה, והגורמים החיצוניים הם בעיקר: פנצ'ר, התנגשות, קצר חשמלי, התחממות יתר חיצונית ופריקה וטעינת יתר בעוצמה גבוהה.
סוללות ליתיום מורכבות מאלקטרודה חיובית, אלקטרודה שלילית ומפריד המאפשר מעבר ליוני ליתיום בלבד. הסוללה פולטת חום במהלך הפעולה. כאשר הטמפרטורה מוגברת לטמפרטורה מסוימת, הסרעפת תיסגר תרמית, תמנע מעבר של יוני ליתיום, תבודד את האלקטרודות החיוביות והשליליות של הסוללה, תעצור את התגובה וימנע מהסוללה להתחמם יתר על המידה.
עם זאת, הסרעפת תקרע לאחר טמפרטורה מסוימת ותאבד את האפקט המגן שלה. כאשר חום חיצוני גורם לקריעת הסרעפת, או נזק פיזי כגון ניקוב או התנגשות, או אפילו גביש הליתיום יון שנוצר מהאלקטרודה השלילית המזדקנת מנקב את הסרעפת, הסרעפת לא תוכל לבודד את האלקטרודות החיוביות והשליליות, ו יתרחש קצר חשמלי בסוללה.
בגלל הקצר הפנימי, לסוללה יש מגע בשטח גדול בין האלקטרודות החיוביות והשליליות והיא מגיבה באלימות, משחררת חום רב, ותהליך זה ממשיך להתעצם, והטמפרטורה ממשיכה לעלות.
האלקטרוליט המשמש בסוללות ליתיום אינו יציב בטמפרטורות גבוהות. בנוסף לנידוף בטמפרטורות גבוהות, היווצרות גז תגרום להתרחבות ולקרע של הסוללה, מה שמעצים את הקצר הפנימי. לאחר הגעה לטמפרטורה מסוימת, תתרחש סדרה של תגובות פירוק, וכמות גדולה של חום, חום אלו יגרום לתגובה להתעצם עוד יותר, ובסופו של דבר לייצר את אפקט החימום העצמי.
כאשר לסוללת ליתיום יש קצר חשמלי מסיבות שונות, החום המשתחרר עלול לגרום לתגובת שרשרת של הסוללה הנותרת, שבסופו של דבר תוביל לאזור גדול של בריחת תרמית.
האלקטרוליט המשמש בסוללות ליתיום הוא ממס אורגני נדיף ודליק, שניתן להצית תחת בריחה תרמית. מה שהופיע לבסוף היה בדיוק כמו בכמה תאונות בעירה ספונטנית מדגם S. לפתע נפלטה כמות גדולה של עשן, והשריפה ניצתה תוך פרק זמן קצר, והיה קשה לכבות את השריפה.
תקנים מחייבים לאומיים מבטיחים בטיחות
מכיוון שיש בעיות בסוללות ליתיום, על מנת להבטיח שימוש בטוח בסוללות ליתיום ברכבי נוסעים, המדינה קבעה שני סטים של תקנים מחייבים מחמירים לסוללות רכב נוסעים וסוללות אחסון, כולל מדינות מערכת, עם 16 ו-10 בדיקות בטיחות. פריטים בהתאמה. יש לעבור את כל המבחנים בו זמנית, וניתן לשווק רכבים חשמליים העומדים בשני התקנים הלאומיים כדי לענות על הצרכנים.
כל הבדיקות מתבצעות בתנאי שהסוללה טעונה במלואה. כמה מהבדיקות אלימות יותר. הבמאי ידבר על זה בפירוט וייתן לכולם להרגיש את ההקפדה של התקן הזה.
בדיקת הדיקור היא שימוש במחט פלדה בקוטר 6-8 מ"מ כדי לנקב אנכית במהירות של 25 מ"מ/שנייה ולחדור לפחות שלוש סוללות, ומחט הפלדה נשארת בסוללה. התבוננו במשך שעה אחת ללא פיצוץ, בעירה או אש.
בדיקת החימום היא לעלות ל-130 מעלות בקצב של 5 מעלות צלזיוס לדקה ולשמור למשך 30 דקות. לאחר הפסקת החימום, שימו לב למשך שעה אחת שלא יכולים להתרחש פיצוץ, בעירה או שריפה.
מבחן מחזור הטמפרטורה הוא להתאים את הטמפרטורה בהתאם לטמפרטורה ולמשך הטבלה שלעיל, מחזור 5 פעמים, ולצפות במשך שעה אחת לאחר מכן, אך עדיין אין פיצוץ, בעירה או שריפה.
יש גם בדיקת אש חיצונית. נעשה שימוש באגן מזוט גדול יותר ממערכת הסוללות. הסוללה חשופה ישירות ל-50 ס"מ מעל הפלטה. הלהבה שורפת את הסוללה ישירות למשך 70 שניות, ולאחר מכן מתווספת לוחית הכיסוי למשך 60 שניות או ישירות. המשך לשרוף במשך 60 שניות. אם יש להבה בסוללה לאחר עזיבת מקור האש, יידרש פחות מ-2 דקות לכיבוי. התבונן במשך שעתיים, לא אמור להיות פיצוץ, בעירה או שריפה.
למעשה, לאחר בדיקות התקן המחמירות הללו, ההסתברות להתלקחות ספונטנית של סוללות רכב חשמליות אינה גבוהה מזו של רכבי דלק. עבור כלי רכב חשמליים טהורים או כלי רכב היברידיים המיוצרים ונמכרים על ידי יצרני OEM רבי עוצמה, כולם יכולים להיות רגועים מבחינת בטיחות. .
שיפור מתמיד בביצועי הבטיחות
בנוסף לביצועי הבטיחות שנקבעו בתקנים המחייבים הלאומיים של המצבר עצמו, על מנת להבטיח את בטיחות המצבר החשמלי של הרכב, קיים ציוד רב נוסף להבטחת בטיחותו.
לדוגמה, לאחר שריפת טסלה על ידי סוללה מנוקבת ב-2013, טסלה עיצבה מחדש את התקן ההגנה החיצוני של הסוללה.
השימוש בסגסוגת אלומיניום וחומרי טיטניום ליצירת סטיה"מגן" יכול לא רק להגן מפני פגיעות חזיתיות, אלא גם להסיט כמה חפצים ניתזים או מחוררים, מה שמפחית מאוד את ההסתברות לניקוב והפגיעה בסוללה מבחוץ.
מכשיר חשוב נוסף למניעת התחממות יתר של הסוללה הוא אלגוריתם BMS לניהול צריכת החשמל של מערכת החשמל. אלגוריתם יעיל לניהול צריכת חשמל יכול למנוע ביעילות את התרחשות טעינת יתר. מכיוון שלא ניתן לזהות ישירות את כוח הסוללה, ניתן להעריך אותו רק לפי זרם ומתח. כאשר אסטרטגיית ניהול החשמל שגויה בגלל מזג האוויר ומסיבות אחרות, קל לגרום לטעינת יתר.
טעינת יתר גורמת לאלקטרודה החיובית של הסוללה להתמוסס, האלקטרוליט מתחמצן ומתפרק, הסוללה מתחממת ומתנפחת ונקרעת ולבסוף עולה באש.
כעת צוותים שונים בכל העולם לומדים אלגוריתמים מתקדמים ויעילים יותר לניהול כוח. אלגוריתם מעולה לניהול צריכת חשמל יכול לא רק לזהות טעינת יתר של הסוללה בזמן כדי למנוע התחממות יתר, אלא גם לזהות אם מתרחש קצר חשמלי פנימי, להנפיק אזהרות לאנשי הרכב ולהנחות את הצוות להימלט במהירות.
זה יכול אפילו להפחית את הטמפרטורה של חלק הקצר הפנימי באמצעות מערכת פיזור החום הפעילה, ולבסוף לממש את בקרת הטמפרטורה לפני הבריחה התרמית.
כמובן, דרך נוספת היא להשתמש באסטרטגיית בקרת טמפרטורה אקטיבית, באמצעות מערכת זרימה מקוררת נוזל כדי לעטוף את ערכת הסוללות. זה לא רק יכול להימנע מטעינת יתר ופריקת יתר הנגרמת על ידי טמפרטורת הסוללה גבוהה מדי או נמוכה מדי, אלא גם לשמור על הסוללה בטווח טמפרטורות מתאים, לשמור על טעינת הסוללה בטמפרטורה הטובה ביותר ולהשיג את אפקט הטעינה המהירה הטוב ביותר.
הדיאפרגמה המסורתית של סוללת הליתיום משתמשת בפוליאתילן או פוליפרופילן בודד, והדיאפרגמה תיפגע כאשר הטמפרטורה תעלה על 135 מעלות, וקיימת סכנה לבעירה ספונטנית. הסוללה החדשה משתמשת בסרעפת מרוכבת פוליפרופילן-פוליאתילן-פוליפרופילן, אשר עדיין יכולה לשמור על תפקוד החסימה של הסרעפת בטמפרטורות גבוהות יותר.
בנוסף, האלקטרוליט בסוללות מסורתיות מתפרק בטמפרטורות גבוהות, יוצר כמות גדולה של גז וחום, ומתרחשת בריחה תרמית. על ידי הוספת מעכב בעירה פוספט אסטר לאלקטרוליט, ניתן להפסיק את התגובה ביעילות ולארגן את תגובת הבעירה.
ישנם עוד הרבה מהמדדים השונים הללו, והם משתפרים ללא הרף על סמך משוב משתמשים ותוצאות בדיקה. בטיחותם של כלי רכב חשמליים לא תפגר מאחור מזו של רכבי דלק בגלל שינויים במערכת החשמל.
ככיוון הפיתוח העתידי, ישנן חברות רבות ושונות וצוותים טכניים שונים שתורמים ללא הרף לביצועי הבטיחות של כלי רכב חשמליים. גם הבטיחות הנוכחית של רכבי דלק סוכמה ושופרה בתאונות שונות. בעתיד, ככל שרכבים חשמליים יופיעו יותר בחיינו, הבטיחות של כלי רכב חשמליים בוודאי תשתפר עוד יותר.
לבמאי יש מה לומר
הבטיחות של סוללות ליתיום לרכבים חשמליים אינה נמוכה, והיא משתפרת צעד אחר צעד.
כסוג חדש של רכב, לצרכנים אין סיבה לבקש סטנדרטים גבוהים יותר עבור כלי רכב חשמליים מאשר רכבי דלק. יחד עם זאת, עלינו להסתכל על כלי רכב חשמליים בפרספקטיבה התפתחותית, במקום לבקר אותם באופן עיוור בפרספקטיבה שמרנית.
יש אנשים שאומרים שהמכונית הגרועה ביותר שהוא יכול לחשוב עליה היא מכונית חשמלית ביתית טהורה. כל מה שאני יכול לומר על זה הוא שכאשר תעשיית הרכב התחילה, לא הייתה אמונה שמכוניות יכולות להחליף כרכרות רתומות לסוסים.
טסלה לא הצליחה במיוחד במונחים של בטיחות בגלל סיבות כמו היותה אגרסיבית מדי. יותר מ-7000 סוללות 18650 הטעונות בדגם S הן פשוט סיוט עבור מערכת ניהול החשמל. אבל אנחנו לא יכולים'להכחיש כלי רכב חשמליים בגלל זה. מהשוק הנוכחי, טכנולוגיית הבטיחות של סוללות רכב חשמלי עלתה בהרבה על 18650 חבילות הסוללות הללו.
הירידה בסבסוד האנרגיה החדש בשנת 2019 היא חדשות רעות עבור תעשיית רכבי האנרגיה החדשים, מכיוון שהיתרון במחיר של רכבי דלק כבר לא ברור. אבל מנקודת מבט אחרת, זה יכול גם לקדם רכבי אנרגיה חדשים.
בעבר, חברות רבות שחיו על סובסידיות יכלו להתבטל רק על ידי השוק, והשאר היו חברות בעלות מספיק יכולות R&D, יכולות ייצור ויכולות ייצור. למען בטיחותם של כלי רכב חשמליים, למעט חברות רכב חשמליות אלו שהפכו מ-& quot;Old Tou Le" יכול לשפר ביעילות את רמת הבטיחות הממוצעת של כלי רכב חשמליים טהורים.
