يتم تلخيص مشكلة سلامة بطاريات الطاقة بأنها "هارب حراري" ، أي بعد الوصول إلى درجة حرارة معينة ، تصبح غير قابلة للسيطرة ، وترتفع درجة الحرارة خطيا ، ثم تحترق وتنفجر. ارتفاع درجة الحرارة، والشحن الزائد، ودوائر كهربائية داخلية، والاصطدام، وما إلى ذلك هي العديد من العوامل الرئيسية التي تسبب الهروب الحراري من بطاريات الطاقة.
(1) ارتفاع درجة الحرارة يؤدي هارب الحرارية
سبب ارتفاع درجة حرارة بطارية الطاقة يأتي من اختيار البطارية غير معقول والتصميم الحراري، أو ارتفاع درجة حرارة البطارية الناجمة عن دائرة كهربائية قصيرة الخارجية، وتخفيف موصل كابل، وما إلى ذلك، والتي ينبغي حلها من جانبين من تصميم البطارية وإدارة البطارية.
من منظور تصميم مواد البطارية ، يمكن تطوير المواد لمنع الهروب الحراري ومنع رد فعل الهروب الحراري . من منظور إدارة البطارية، يمكن التنبؤ بنطاقات درجات الحرارة المختلفة لتحديد مستويات الأمان المختلفة، وذلك لأداء الإنذارات الهرمية.
(2) الشحن الزائد يؤدي هارب الحرارية
وقد نجم حادث حريق الحافلة الكهربائية الخالصة هذا العام عن "الهروب الحراري الناجم عن الشحن الزائد". وعلى وجه التحديد، كان نظام إدارة البطارية نفسه يفتقر إلى وظيفة السلامة في دائرة الشحن الزائد، مما تسبب في أن تكون أنظمة إدارة البطاريات خارج نطاق السيطرة ولكنها لا تزال مشحونة.
لهذا النوع من الشحن الزائد ، فإن الحل هو العثور على خطأ الشاحن أولا ، والذي يمكن حله عن طريق التكرار الكامل للشاحن ؛ ثانيا، إدارة البطارية غير معقول، على سبيل المثال، لا يتم رصد الجهد من كل بطارية.
تجدر الإشارة إلى أنه مع تقدم عمر البطارية ، فإن الاتساق بين البطاريات سيزداد سوءا وسوءا ، ومن المرجح أن يحدث الشحن الزائد في هذا الوقت. وهذا يتطلب موازنة حزمة البطارية بأكملها للحفاظ على اتساق حزمة البطارية.
على سبيل المثال، حزمة بطارية متصلة بسلسلة التي تعتمد طريقة تركيبة حزمة البطارية الأكثر شيوعا من "أولا بالتوازي ثم في سلسلة"، بعد حل مشكلة الاتساق مونومر، وأفضل حالة هو أن يكون نفس القدرة كما مونومر أصغر قدرة. مع هذا الاتساق ، ارتفعت القدرة ، وفي الوقت نفسه يمكن أن تمنع الشحن الزائد.
من أجل تحقيق الاتساق، يجب أن يكون هناك طريقة لتقدير قدرة كل خلية. واقترح أويانغ مينغاو أن حالة حزمة البطارية بأكملها يمكن تقديرها على أساس تشابه منحنيات الشحن.
وبعبارة أخرى، طالما أن منحنى الشحن لإحدى الخلايا المفردة معروف، يجب أن تكون المنحنيات الأخرى مشابهة له. بعد التغيرات منحنى، فإنها يمكن أن تتزامن تقريبا، وهذه الاختلافات في مسار التغيير منحنى من السهل حساب. وفقا لأحد مونومر، يمكن حساب monomers أخرى. مع هذا الأسلوب، يمكن تنفيذ توازن الاتساق المذكورة أعلاه. بالطبع ، هذه الخوارزمية تستغرق وقتا طويلا وتحتاج إلى تبسيط.
(3) دائرة قصيرة داخلية مشغلات هارب الحرارية
اشتعلت النيران فى طائرة الركاب بوينج 787 بسبب انفجار بطارية . وعند البحث عن سبب الحادث ، تبين ان هناك اشياء معدنية على القطب والحجاب الحاجز ، مما تسبب فى حدوث ماس كهربائى داخلى . على الرغم من أن الخبراء لا يستطيعون تأكيد 100٪ أن الهروب الحراري يتم تشغيله بواسطة دائرة قصيرة داخلية ، إلا أنه السبب الأكثر احتمالا لأنه لا يوجد سبب آخر ، ولا يمكن أن "تظهر" الدائرة الداخلية القصيرة.
قد تتسبب شوائب تصنيع البطارية ، والجسيمات المعدنية ، والتوسع والانكماش في الشحن والتفريغ ، وتطور الليثيوم ، وما إلى ذلك في حدوث دوائر قصيرة داخلية. يحدث هذا النوع من الدوائر الداخلية القصيرة ببطء ، لفترة طويلة جدا ، وليس من المعروف متى سيخرج عن نطاق السيطرة حراريا. إذا تم إجراء الاختبار، لا يمكن تكرار التحقق. في الوقت الحاضر، لم يجد الخبراء في جميع أنحاء العالم عملية يمكن أن تكرر الدائرة الداخلية القصيرة الناجمة عن الشوائب، وجميعهم قيد الدراسة.
لحل مشكلة دائرة قصيرة الداخلية، يجب علينا أولا العثور على الشركة المصنعة للبطارية مع نوعية جيدة المنتج، حدد البطارية وبطارية سعة الخلية. ثانيا، جعل التنبؤ سلامة دائرة قصيرة الداخلية، والعثور على monomer مع دائرة قصيرة الداخلية قبل حدوث الهروب الحراري.
وهذا يعني أنه يجب العثور على المعلمات المميزة للمونومر، ويمكن البدء في الاتساق أولا. البطارية غير متناسقة، والمقاومة الداخلية غير متناسقة أيضا. طالما تجد مونومر مع الاختلاف في الوسط، يمكنك تمييزه.
على وجه التحديد ، الدائرة المكافئة للبطارية العادية والدائرة المكافئة لدائرة قصيرة صغيرة ، يكون شكل المعادلة هو نفسه في الواقع ، باستثناء أن معلمات الخلية العادية والخلية ذات الدائرة القصيرة الدقيقة قد تغيرت. يمكنك دراسة هذه المعلمات ورؤية بعض خصائصها في التغييرات الداخلية قصيرة الدائرة.
واحدة من الخصائص هي الفرق المحتمل للمونومير الداخلية قصيرة الدائرة، مقارنة مقاومتها الداخلية مع monomers أخرى. واقترح أويانغ مينغاو أن يستخدم موظفو البحث والتطوير نماذج لتحديد المونوميرات. بعد قياس الجهد والتيارات لكل خلية، وذلك باستخدام هذه البيانات والجمع بين النموذج، يمكن تقدير المقاومة الداخلية لكل خلية. بعد أن يتم تقدير جميع المعلمات من مونومر، وفقا للتغييرات في المعلمات، يمكن الحكم على ما إذا كان الاتساق قد تغير بشكل كبير.
4) الميكانيكية الزناد الحرارية هارب
الاصطدام هو الزناد الميكانيكية النموذجية للهروب الحراري. حوادث حريق تسلا المتكررة هي السبب في ذلك. وكشف أويانغ مينغاو أن جامعة تسينغهوا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عملا معا لتحليل اصطدام تسلا في الولايات المتحدة. إذا تم إجراء محاكاة الاصطدام في المختبر ، فإن أقرب شيء هو الوخز بالإبر.
الطريقة لحل هارب الحرارية الناجمة عن الاصطدام هو القيام بعمل جيد من تصميم حماية السلامة للبطارية. وهذا يتطلب موظفي البحث والتطوير لفهم أولا عملية الهروب الحراري.
بشكل عام ، بعد حدوث الهروب الحراري ، سينتشر إلى الأسفل. على سبيل المثال، بعد أن تخرج الحرارة عن السيطرة في الربع الأول، سيكون هناك نقل للحرارة والبدء في الانتشار، وبعد ذلك ستتبع المجموعة بأكملها واحدة تلو الآخر مثل المفرقعات النارية. لهذا النوع من الانتشار، يمكن إنشاء نموذج، بما في ذلك معدل ارتفاع درجة الحرارة المتوسطة، وتوليد الحرارة من الطاقة الكيميائية والطاقة الكهربائية، الحمل الحراري نقل الحرارة. يمكن استخدام نموذج الاقتران الحراري بأكمله لتحليل كمي ذي صلة باستخدام مقياس كالوريمتر.
مع نموذج الانتشار ، يمكن لموظفي البحث والتطوير تصميم كيفية منع وقمع ، الأمر الذي يتطلب العزل الحراري. ومع ذلك، فإنه ليس من السهل إضافة طبقة عازلة للحرارة. من ناحية، حجم سميكة، ومن ناحية أخرى، طبقة عازلة للحرارة والتبريد متناقضة. وهذه كلها مسائل تحتاج إلى حل.
باختصار، من حيث التوسع الحراري الجامح والقمع، يجب أن يبدأ موظفو البحث والتطوير من جانبين: تصميم حماية السلامة وإدارة البطارية.