Análisis de los factores de seguridad de las baterías de potencia

En el campo de los vehículos de nueva energía, las baterías de litio se han utilizado ampliamente debido a su densidad de energía y potencia de salida relativamente altas. Sin embargo, el rendimiento y la vida útil de las celdas de energía de iones de litio se deteriorarán con el uso continuo y, lo que es más importante, habrá diferentes condiciones en diferentes entornos operativos. Por ejemplo, a temperaturas frías y bajas, es fácil tener poca capacidad y un deterioro grave. A altas temperaturas, existe el peligro oculto de que la fuga térmica provoque una combustión espontánea y una explosión espontánea.

Estos posibles peligros para la seguridad han provocado una falta de confianza entre los consumidores de vehículos de nueva energía. Por lo tanto, es muy necesario prestar atención a la seguridad de las celdas de energía de iones de litio y llevar a cabo investigaciones y mejoras. Es útil reducir los peligros de seguridad de las baterías y la frecuencia de accidentes, y reducir o evitar el daño causado por los problemas de seguridad de las celdas de potencia.

En términos simples, las celdas de energía de iones de litio se componen principalmente de polos positivos, polos negativos, diafragma, electrolitos y carcasas de batería. Si se divide en materiales positivos, se divide principalmente en materiales ternarios de ácido de litio y cobalto, ácido de litio y manganeso, fosfato de litio y hierro y ácido de litio, níquel, cobalto y manganeso. Según la forma estructural del núcleo, se divide principalmente en tres tipos: cilíndrico y cuadrado y paquete blando.

Las ventajas y desventajas de la selección de diferentes materiales y el diseño de la estructura de las baterías son muy obvias. Por lo tanto, la seguridad de las baterías de iones de litio está estrechamente relacionada con la naturaleza y el diseño de la estructura de los materiales de la batería, y también está estrechamente relacionada con la tecnología de preparación de la batería y el entorno operativo. Desde la producción de celdas de energía de iones de litio hasta la aplicación final, los factores que afectan la seguridad de las celdas de energía de iones de litio pasan por el proceso de selección de materiales y diseño del núcleo, la integración de módulos y el uso del medio ambiente. .

(1) Selección y evaluación de materiales básicos

La naturaleza y la seguridad del núcleo están determinadas en gran medida por la selección del material del núcleo. Si las materias primas no se evalúan a fondo al seleccionar el material del núcleo, la seguridad del núcleo será inevitablemente insuficiente en la primera etapa.

La capacidad específica y la energía específica de la batería están determinadas principalmente por el material del electrodo positivo. Más importante aún, su seguridad se ve afectada por el potencial intrínseco del electrodo del material del electrodo positivo, como la diferencia de seguridad entre el fosfato de hierro y litio y el ternario. Por lo tanto, es necesario mejorar el tipo de material del núcleo seleccionando y dopando los elementos, y seleccionar el material con menos exocalentamiento de reacción que coincida con la ventana electroquímica del electrolito tanto como sea posible para mejorar la seguridad del núcleo.

La influencia del material activo negativo en el desempeño de seguridad proviene principalmente del crecimiento de dendritas de litio y la reacción de electrolitos. En el proceso de carga rápida, una vez que la velocidad de los iones de litio que pasan a través de la membrana SEI es más lenta que la del litio depositado en el electrodo negativo, las dendritas de litio continuarán creciendo con el ciclo de carga y descarga, lo que puede conducir a un cortocircuito interno que hace que el electrolito reaccione y el calor se descontrole. Por lo tanto, la seguridad del núcleo se puede mejorar mejorando la estabilidad térmica de la membrana SEI.

Los disolventes que se utilizan comúnmente en los electrolitos son compuestos orgánicos de carbonato que son químicamente activos y fácilmente inflamables. Los materiales positivos se oxidan fuertemente cuando están en un estado cargado, mientras que los materiales positivos en un estado oxidante fuerte son generalmente menos estables y liberan oxígeno fácilmente, mientras que los carbonatos reaccionan fácilmente con el oxígeno, liberando una gran cantidad de calor y gas. Una vez que el calor está fuera de control, el calor generado acelerará aún más la descomposición del polo positivo, producirá más oxígeno y promoverá más reacciones exotérmicas.

La función principal del diafragma es separar los polos positivo y negativo de la batería, cumplir la función de cerrar y bloquear el canal y permitir que los iones de litio pasen libremente, mientras que los electrones no pueden pasar. Una vez que el diafragma se descompone y otras condiciones causarán el cortocircuito de contacto de los polos positivo y negativo, lo que provocará una fuga térmica, por lo que la resistencia mecánica, la porosidad, la uniformidad del espesor y la resistencia a la temperatura del diafragma son muy necesarias.

(2) Diseño estructural y proceso de producción.

La seguridad de la celda de energía de iones de litio también está relacionada con la estructura de la batería. En particular, la capacidad y el tamaño de la batería tienen una influencia importante en la seguridad de la batería. Las baterías de alta capacidad generalmente generan más calor, mientras que las baterías de gran tamaño tienen una disipación de calor relativamente difícil y es más probable que se acumule el calor, lo que aumenta la probabilidad de una fuga térmica.

Para garantizar que las baterías de iones de litio no tengan problemas durante el uso, se instalará una válvula de seguridad en la superficie de la carcasa de la batería de litio para evitar que la presión interna sea demasiado alta. Hay muchas partes potencialmente peligrosas en la estructura del núcleo que causan cortocircuitos internos. Por lo tanto, se deben instalar las medidas necesarias o el aislamiento en estas ubicaciones clave para evitar cortocircuitos internos en la batería en circunstancias anormales.

Los pasos básicos del proceso de producción y fabricación de núcleos eléctricos se dividen en mezcla, recubrimiento, presión del rodillo, corte, enrollado o apilado, soldadura de oreja polar, inyección, sellado, conversión, escape y capacidad compartida. La seguridad del núcleo eléctrico puede deberse a procesos de funcionamiento incorrectos en cada paso.

En la etapa de prueba de la materia prima del núcleo, si no está estrictamente de acuerdo con los estándares o el entorno deficiente en el momento de la producción, es fácil guiar el núcleo para que se mezcle con impurezas, lo que tiene un gran impacto en el seguridad de la batería. Además, si se mezcla más agua con el electrolito, pueden producirse reacciones secundarias y aumentar la presión interna de la batería, lo que tendrá un impacto en la seguridad. En el proceso de producción del núcleo eléctrico, debido a la limitación del nivel de proceso, existen ligeras diferencias en el grosor de la placa de la batería, la tasa de microporos y el grado de activación del material activo.

La inconsistencia en la estructura interna de la batería hace imposible que el voltaje, la capacidad y la resistencia interna del mismo tipo de batería se fabrique en el mismo lote para que sea completamente consistente. El producto no puede lograr una buena consistencia y puede tener un impacto negativo en la seguridad del núcleo.

(3) Entorno externo y condiciones de uso

El entorno de los vehículos de nueva energía en uso cambia constantemente. Una vez que ocurre una colisión, el sistema de batería soportará una gran carga de impacto y puede dañarse por extrusión, perforación, etc., causando serios riesgos como la combustión y explosión de la batería. Por otro lado, los golpes prolongados en la superficie de la carretera pueden provocar fácilmente la fijación y el aflojamiento de la batería, provocando algunos daños mecánicos y algunos problemas causados por el aflojamiento de los conectores.

Entorno complejo para celdas de energía

La carcasa de la caja de la batería sirve como la primera capa protectora de la batería y el nivel de impermeabilidad debe alcanzar IP67. Sobre la base de no afectar el nivel de impermeabilidad, debe tener un sistema de enfriamiento al mismo tiempo para garantizar que la temperatura en el espacio confinado no sea demasiado alta, protegiendo efectivamente la seguridad y la vida útil de la batería. Su estructura debe garantizar que se cumpla con la resistencia suficiente sobre la base de una gran capacidad de espacio de alojamiento para garantizar que el interior de la batería esté protegido de una fuerte extrusión en una colisión anormal.

Además de las condiciones de atención y protección externa en el proceso de fabricación del núcleo, la función de gestión de BMS también es muy necesaria. BMS detecta principalmente el estado de las celdas y el estado de las celdas individuales de la batería, y ajusta la estrategia de control de la celda (grupo) de acuerdo con el estado de la celda (grupo). Puede aceptar la información de control del módulo de control superior y dar la respuesta necesaria. Realizar la gestión de carga y descarga de la celda de potencia (grupo) para garantizar el funcionamiento seguro y estable del sistema de celda de potencia. Por lo tanto, un BMS completamente funcional puede mejorar la seguridad y confiabilidad de las celdas de energía durante su uso.

resumen

El rendimiento de seguridad de las baterías de iones de litio determina su mercado y futuro en el campo de los vehículos de nueva energía. Para garantizar la seguridad de los vehículos de nueva energía, cada empresa debe mejorar continuamente la seguridad del núcleo de la batería de litio mediante la mejora de la tecnología y la tecnología. Necesita optimizar continuamente la estructura y el análisis de diseño del sistema de batería de potencia. Además, los usuarios también deben usar el sistema de batería de energía correctamente para evitar el abuso mecánico, el abuso térmico y el abuso eléctrico para garantizar la seguridad y confiabilidad de la batería.

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