從電動汽車的長期發展來看,電芯的能量密度和成本的訴求,會直接推動電芯層面直接安全等級的變化。
對經受熱失控的電芯的安全行為進行量化描述,主要的目標是在電芯層面建立基于電芯不同參數的安全性評估。這個事情的核心,已經不是僅僅從電芯的安全實驗來分析評估電芯過不過實驗,或者僅僅依據安全等級來判定電芯安不安全。從電動汽車的長期發展來看,電芯的能量密度和成本的訴求,會直接推動電芯層面直接安全等級的變化。這個變化后面就沒法用過不過來描述,需要我們根據測試數據庫,給不同的電芯來建立一個量化的模型,主要的包括:
1)測量電芯在各種激發條件下的總放熱量;
2)電芯熱失控的反應時間的確定;
3)電芯釋放的氣體壓力隨時間的變化曲線;
3.1)釋放氣體總量的測定
3.2)氣體產生率的測定
備注:我覺得未來三個主要的核心參數,溫度、氣壓和電壓變化是我們探知這個過程的核心量化的關鍵
4)電池的質量損失;
5)幾個測量點的精確溫度曲線;
6)每種反應產物的性質和數量;
在這里不同的機構,拿著不同的電芯做實驗,如果把它作為能量釋放的過程:
里面是可以根據電芯的數據得到一些初步的結論:
1)在電芯層面需要收集電芯的尺寸,特別是大體積下,較高的電解液量導致的熱失控過程中,電解液隨著泄壓閥噴出之后的物質損失量,如果氧氣進入,會使得熱量通過空氣傳播;
這股熱流+熱氣會伴隨著很高的溫度去切割泄壓閥上部的所有隔熱材料和上蓋,我們算沖擊力的過程需要算氣體、壓力、流量和電解液直接往保護設備上噴;
如果我們按照每Ah的情況,可以核算出需要解決的熱量:
ChemicalenergyperAh:Q=Q1+Q2=21.0kJ
ElectricenergyperAh:3.65Vx1Ah=13.1kJ
2)電芯的表面溫度
按照這個實驗結論挺嚇人的,電芯的表面溫度和電芯的能量密度正相關,這個Y軸的數據好嚇人。
我們在設計這個隔熱材料的時候,主要依據是考慮失控電芯的表面溫度和相鄰電芯的隔熱面的溫度,還有電芯的熱穩定性(受害電芯基本是由于加熱問題被引燃的)。
還有一個問題是在電芯循環老化以后,對于這個過程會更快一些,電芯層面需要建立一個數據庫才是。《不同循環周期鋰離子動力電池熱失控特性分析》一文里面是有不少的數據的。
經過1C循環實驗,電池循環1000周后放電容量降低了17%,同時電池的充放電直流內阻隨著循環次數增加而逐漸增大。等效電路得出的擬合數據及熱失控曲線表明,電解液和SEI膜產生的阻抗隨循環次數增加而增大,循環次數的增加會降低電池自產熱溫度,即SEI膜的分解溫度,電池循環老化過程中使得SEI膜熱穩定性變差。
小結:往能量密度更高的路上走,往大容量電芯路上走,單顆電芯出問題之后,我們需要在模組設計和整包設計上付出更多的工作。單純追求能量密度真是給整個產業挖大坑,一波波工程師需要往里面填這個大坑。
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原文標題:【鵬翔運達?總工札記】熱失控處理:電芯安全行為的量化
文章出處:【微信號:gh_a6b91417f850,微信公眾號:高工鋰電技術與應用】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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