Термический разгон: цепочки реакций самонагревания-и ключевые триггеры
Тепловой разгон влитий-ионные-аккумуляторыпредставляет собой самоподдерживающуюся-петлю положительной обратной связи, управляемую цепями экзотермических реакций. По мере повышения внутренней температуры запускаются вторичные экзотермические реакции, выделяющие дополнительное тепло, которое еще больше повышает температуру и активирует более серьезные химические реакции. Если не остановить это нарастающее явление само-нагревания, оно неизбежно приведет к катастрофическим отказам, включая интенсивные пожары или взрывы.
Этот опасный процесс обусловлен тремя основными видами неправильного обращения: механическим воздействием (например, проникновением гвоздя, сильным ударом или раздавливанием), электрическим злоупотреблением (например, перезарядкой, чрезмерным-разрядом или внешними короткими замыканиями) и термическим воздействием (воздействием высоких температур окружающей среды или сбоями системы охлаждения). Среди них внутренние короткие замыкания остаются наиболее тонким и опасным видом отказа, поскольку локальные дефекты часто обходят стандартное обнаружение до тех пор, пока не начнется неконтролируемое выделение тепла.
Трехэтапный-путь деградации литий-ионных-элементов
Движение к тепловому выходу из-под контроля происходит через три различных температурных порога. Начальная фаза начинается примерно при 90–120 градусах с разрушения межфазного слоя твердого электролита (SEI). В результате этого разложения выделяется тепло, и реактивная поверхность анода подвергается непосредственному воздействию органического электролита, ускоряя базовую тепловую нестабильность внутри структуры элемента.
На втором этапе (120–200 градусов) открытый анод бурно реагирует с электролитом, в то время как сепаратор начинает плавиться (полиэтиленовые сепараторы обычно разрушаются при температуре около 130 градусов). Этот пробой приводит к обширным внутренним коротким замыканиям и быстрому увеличению внутреннего сопротивления.
При температуре выше 200 градусов наступает третья стадия: катодные материалы разлагаются и выделяют кислород, вызывая бурные реакции горения с электролитом. Переходная тепловая мощность во время этой критической фазы может мгновенно достичь уровня киловатта.
Раннее предупреждение BMS и стратегии безопасности на уровне системы-
Чтобы снизить эти риски, системы управления батареями (BMS) полагаются на мониторинг-в режиме реального времени определенных характеристических параметров. Показатели обнаружения активной зоны включают внезапные падения напряжения, давление образования газа и резкое повышение температуры. Выявление этих ранних индикаторов обеспечивает жизненно важное время для выдачи предупреждений о безопасности до того, как распространение тепла распространится по модулю.