Mühendis, | Weimar'ın kendiliğinden yanmasını analiz etmek için teknik araçlar kullanmak
Yao Changsheng
Weimar EX5'in teslim edilmesinden önce, çok sayıda yıkıcı testten geçmiş ve bir kez daha büyük ilgi gören hurdaya çıkarılmış bir erken deneme aracında kendiliğinden yanma meydana geldi. Kendiliğinden yanmaya ne sebep olur? EX5'i kabul etmek üzere olan olası araç sahipleri için, seri üretimde teslim edilen araçlarda kendiliğinden yanmanın gizli tehlikeleri olacak mı?
Tsinghua Üniversitesi Araç Mühendisliği Bölümü'nde doktora yapmakta olan Yao Changsheng, batarya teknolojisi seviyesinden detaylı bir analiz yapacak ve bizimle konuşacak:
"Weimar Spontaneous Combustion ve resmi yanıt hakkında ne düşünüyorsunuz?"
Yao Changsheng | Temel olarak yeni enerji aracı güç sistemini araştırın
Araç Mühendisliği Lisansı, Ekonomi, Tsinghua Üniversitesi, Ph.D., Tsinghua Üniversitesi. Benzinli sıkıştırmalı ateşlemenin gelişmiş yanma modları, hibrit elektrikli araç yapılandırma analizi ve saf elektrikli araç kablosuz şarj testi araştırmasına katılın.
Herkesin bildiği gibi, yeni enerji araçlarının tanıtılmasıyla, yalnızca Weimar kazası değil, aynı zamanda lityum iyon pillerin kendiliğinden yanmasıyla ilgili birçok benzer olay da giderek daha yaygın hale geliyor. Weibo ve WeChat'te dolaşan kendiliğinden yanma fotoğrafları daha da fazla. Korkunç:
"Elektrikli araçların belirli bir marka bakım bölgesinde kendiliğinden yanması"
Ayrıca yaygın endişelere neden olan bazı lityum pil yanma kazaları da vardır:
"Sırasıyla, Japon Havayolları Boeing 787 batarya paketi 2013'te alev aldı; 2015'te Wuzhou Dragon otobüs yangını; 2017'de Zotye elektrikli araç yangını ve 2016'da JAC iEV yangını meydana geldi."
Cevabın başında kendiliğinden yanmanın nedeni pilin ısıl kaçağıdır.Peki ısıl kaçak nedir?
Sözde ısıl kaçak, çeşitli indüksiyonlarla tetiklenen bir zincirleme reaksiyondur.Isı, pil sıcaklığını binlerce derece artırarak kendiliğinden yanmaya neden olabilir.
"Lityum iyon pil hücrelerinin şematik diyagramı"
Öyleyse, lityum pillerin ısıl kaçağı neden bu kadar tehlikeli?
Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, pilin kendisi kendi başına tepki verebilen kapalı küçük bir sistemdir.Enerji taşır, özellikle de mevcut yüksek özgül enerjili piller. Küçük bir pilde hem indirgeyici hem de oksidan vardır. Pil sistemi ise Yanlış termal güvenlik yönetimi ve termal kaçağa şiddetli reaksiyonlar feci sonuçlara yol açacaktır.
"Lityum iyon pil takımının şematik diyagramı"
Elektrikli bir aracın pil takımı çok sayıda elektrik çekirdekten oluşur.Elektrik damarlarının şekilleri silindirik, kare ve yumuşaktır.
Pil paketinin yapısı yukarıdaki şekilde gösterildiği gibidir Yapı düzeyi genellikle: hücreler (Hücre) standartlaştırılmış bir modül (Modül) oluşturur ve ardından modüller bir pil paketi (Paket) oluşturur.
Genel olarak, binek otomobil üreticilerinin ana akım durumu, batarya hücresi üreticilerinin (CATL gibi) OEM'lere modüller sağlaması ve OEM'lerin batarya paketlerini kendilerinin üretmesidir.
Bunun nedeni, pil takımının ve aracın yüksek eşleşme gereksinimlerine sahip olmasıdır, bu da aracın performansını doğrudan etkiler. Bu nedenle belirli bir güce sahip otomobil üreticileri kendi batarya paketlerini yapacaklar.
Elbette, pil hücresi üreticilerinin doğrudan tüm araç için pil paketleri sağlamasına veya üçüncü taraf üreticiler tarafından üretilen pil paketlerini (Bosch gibi) kullanmasına olanak tanıyan bazı üreticiler (özellikle ticari araç üreticileri) vardır.
Ve genellikle batarya yönetim sistemi (BMS) dediğimiz şey batarya paketi seviyesine uygulanır, ancak yazılım yönetimi sadece batarya paketi değildir, iyi bir BMS modülün durumunu ve hatta tek tek batarya hücrelerini etkileyecektir. Pilin normal çalışma durumunu sağlamak için tümü izlenir ve yönetilir.
BMS, termal kaçağı önlemek için yazılım düzeyinde iyi bir termal yönetimin anahtarıdır.
BMS'nin geliştirilmesi elektrokimya ve algoritma yetenekleri gerektirir, bu nedenle şu anda birçok üreticinin BMS'si, BMS konusunda uzmanlaşmış üçüncü taraf şirketler tarafından sağlanmaktadır ve bunlardan bazıları ana akım hücre fabrikaları tarafından yapılan BMS'dir.
Sonra termal kaçışa geri dönün.
Lityum pillerin termal olarak kaçmasının üç tür nedeni vardır: mekanik ve elektrik, elektrokimyasal ve termal.
Her üç tür yönlendirme de bazı kazalara neden oldu.
· Mekanik ve elektriksel nedenler, çarpışmalardan ve iğne batması kazalarından kaynaklanan ısıl kaçışlardır.Örneğin, Tesla'nın ilk kendiliğinden yanma kazasında, aracın altındaki pil takımını keskin bir nesne deldi;
· Termal indüksiyon, aşırı ısınmaya neden olan pil sıcaklığı kontrol yongası arızası gibi sıcaklık yönetiminin başarısız olmasının neden olduğu ısıl kaçağın en doğrudan nedenidir ve bu da pil hücrelerinin ısıl kaçmasına yol açar;
· Elektrokimyasal nedenler arasında aşırı şarj, aşırı deşarj kazaları ve bataryada kısa devre bulunmaktadır.Yukarıdaki Boeing 787 batarya paketinin kendiliğinden yanması bataryada kısa devre kazası iken, yanan elektrikli araç çoğunlukla bataryanın aşırı şarjından kaynaklanmaktadır.
Bu üç ana nedenin neden olduğu termal kaçak, neredeyse tüm bildirilen elektrikli araçların kendiliğinden yanmasına neden oldu.
Sık sık meydana gelen kazalar ayrıca pilin ısıl kaçışını halkın dikkatinin odağı haline getirir.
Termal kaçağın mekanizması hakkında ayrı ayrı konuşmak için iki gün içinde başka bir sütunu güncelleyeceğim ve sizinle birkaç kendiliğinden tutuşma olayının nedenlerini analiz edeceğim.
Weimar'da hurdaya çıkarılan bir arabanın kendiliğinden oluşan yanma kazasından bahsetmişken, bu nasıl bir teşvikti?
Weimar duyuruda şunları söyledi:
Başka bir deyişle, bu araba önce bir çarpışmaya girdi, sonra suya batırıldı.
Bu arabanın durumunu yeniden oluşturabiliriz.Aracın bir çarpışmada olmasına rağmen gözle görülür bir deformasyon olmamasına rağmen, şiddetli bir çarpışma sonrasında akü paketinin mekanik yapısında bir boşluk oluştuğunu tahmin ediyorum.Bu durumda yalıtım değeri ölçümü ile tutarlıdır. Standart ve termal kaçak oluşmaz, pil yine de normal şekilde çalışabilir.
Bununla birlikte, ıslatma testi hemen yapılırsa, su sızıntısı meydana gelebilir. Çarpışmanın neden olduğu boşluktan pil takımının içine su girerek kısa devreye neden oldu, bu da termal kaçağa neden oldu ve bazı pil hücreleri artık normal şekilde çalışamaz hale geldi.
Bu nedenle, araç hurdaya çıkarıldıktan sonra hala zorla çalıştırıldığında, ısının akü hücresinin bir kısmından akünün tamamına yayılmasına ve alev almasına neden olur ve bu da araçtaki diğer yanıcı parçaları tutuşturur ve aracın kendiliğinden tutuşmasına neden olur.
Bu nedenle, hurdaya çıkarılan bu arabanın kendiliğinden yanması sınıflandırılırsa, elektrokimyasal indüksiyonun neden olduğu lityum pilin ısıl kaçağı olarak sayılabilir.
Öyleyse pilin ısıl kaçak riskini nasıl azaltabiliriz? Bu üç tür teşvik için alınabilecek önlemler de çeşitlidir:
· Mekanik özellik: Pil takımının çerçeve tasarımı iyileştirilebilir ve pil takımının altına çelik plakalar eklenebilir Örneğin, Tesla, pil takımı şasi tabanına düz olduğu için aracın altına kurşun geçirmez bir çelik plaka yerleştirmiştir;
· Elektrokimya: Pil şarjı ve deşarj durumunu daha doğru bir şekilde izlemek ve tahmin etmek için BMS algoritmasında doğru şarj ve deşarj algoritması yönetimi tasarlayın.Ayrıca, dahili kısa devreleri termal kaçak oluşmadan önce tanımlamak ve tespit etmek için bir algoritma eklenebilir.
· Isıl özellik: Isıl kaçağın yayılmasını önlemek için ısı yalıtım programını donanım ve yazılım açısından tasarlayın Isıl kaçak meydana gelse bile, hasar belirli bir aralıkla sınırlandırılabilir ve kaza riskini azaltmak için kendiliğinden yanma meydana gelmeden hatalı hücreler izole edilebilir.
Son olarak, genel olarak, elektrikli araçların popülaritesi de bazı sorunları beraberinde getirdi ve batarya termal kaçağı şüphesiz batarya güvenliğinin anahtarıdır. Bir araştırmacı olarak, termal kaçak ve termal yönetim üzerine yapılan birçok araştırmanın nispeten olgunlaşmış olduğu ve gerçek araba lityum pillerinin pil geliştirme ve pil yönetimi algoritmalarına uygulandığı konusunda iyimserim. Sonuçta, güvenlik en önemli noktadır Yeni enerji konusunda tutkulu olan tüketiciler kesinlikle bir patlayıcı torbayla seyahat etmek istemezler.
Referanslar:
Feng, Xuning, M. Ouyang * ve diğerleri.Elektrikli araçlar için lityum iyon pilin termal kaçak mekanizması: Bir inceleme.Enerji Depolama Malzemeleri, 2017.
X. Feng, M. Ouyang *., Et al. Geniş formatlı bir lityum iyon pil modülü için bir 3D termal kaçak yayılma modeli. Energy, 2015
Arabalar hakkında daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, weINcar genel hesabına girebilir ve Weimar anahtar kelimesini arayabilirsiniz.
·SON·
-
- "Pigment": Futbol "kung fu ayaklarını" yeniden üretiyor, Evra hayranlarını ne kadar kötü tekmeliyor?
