パワーバッテリーの熱暴走を引き起こすいくつかの要因の分析

パワーセルの安全性の問題は、「熱が制御不能」と要約されます。つまり、特定の温度に達した後、制御不能になり、温度が直線的に上昇し、その後、燃焼して爆発します。過熱、過充電、内部短絡、および衝突は、パワーセルの熱暴走を引き起こす主な要因です。

（1）過熱は制御不能な発熱を引き起こす

パワーセルの過熱の原因は、バッテリーの不当な選択と熱設計、または外部短絡、ケーブルの緩みなどによるバッテリーの温度上昇にあります。これは、バッテリーの2つの側面から解決する必要があります。設計とバッテリー管理。

電池材料の設計の観点から、熱暴走を防ぎ、熱暴走反応を阻止するための材料を開発することができます。バッテリ管理の観点から、さまざまな温度範囲を予測してさまざまな安全レベルを定義し、階層的なアラームを実行できます。

（2）制御不能な熱に触れる過充電

今年の純粋な電気バスの火災は、「過充電によって引き起こされた熱暴走」によって引き起こされました。具体的には、バッテリー管理システム自体が過充電回路の安全性に欠けているため、バッテリーのBMSが制御不能になりますが、充電は継続されます。

過充電の理由から、最初の解決策は充電機の故障を見つけることです。これは、充電機の完全な冗長性によって解決できます。 2つ目は、各セルの電圧を監視しないなど、バッテリー管理が不合理であることを確認することです。

バッテリーが古くなると、さまざまなバッテリー間の一貫性がますます悪化し、過充電が発生する可能性が高くなることに注意してください。これには、バッテリーの一貫性を維持するために、バッテリーパック全体のバランスをとる必要があります。

たとえば、「最初と最後」の最も一般的なバッテリーの組み合わせ方法を使用した直列バッテリーは、モノマーの一貫性の問題を解決した後、最小容量のモノマーと同じ容量を持つことが最善のケースです。この一貫性により、容量は増加しますが、過負荷も防止します。

一貫性を実現するには、各モノマーの容量を推定する方法が必要です。 Ou yangmingは、充電曲線の類似性に基づいてすべてのバッテリーの状態を推定できることを示唆しました。

つまり、モノマー電池の1つの充電曲線を知っている限り、他の曲線はそれに類似している必要があります。曲線が変化した後、それらはほぼ一致する可能性があり、曲線の変化の過程におけるこれらの違いは簡単に計算できます。あるモノマーによれば、他のモノマーを計算することができます。このようなアプローチでは、このアルゴリズムは長すぎて単純化する必要がありますが、上記の整合性の平衡を達成できます。

（3）内部短絡トリガー熱が制御不能

ボーイング787はバッテリーの爆発に巻き込まれました。事故の原因を調べたところ、電極とダイヤフラムに金属が見つかり、内部が短絡しました。専門家は、熱暴走が内部短絡によって引き起こされていることを100％確認することはできませんが、他の理由が見つからず、内部短絡を「発生」させることができないため、最も可能性の高い理由です。

電池製造の不純物、金属粒子、充放電膨張の収縮、リチウム分析などにより、内部短絡が発生する場合があります。この種の内部短絡は非常に長い間ゆっくりと発生し、いつ制御不能な熱が発生するかは不明です。テストを実施した場合、それを繰り返すことはできません。現在、世界中の専門家は、不純物によって引き起こされる内部短絡を繰り返すことができるプロセスをまだ発見していません。それらはすべて研究中です。

内部短絡の問題を解決するには、まず製品品質の良いバッテリーメーカーを見つけ、バッテリーとバッテリーの単一容量を選択する必要があります。第二に、内部短絡の安全性予測が実行され、熱暴走が発生する前に内部短絡のあるモノマーを見つける必要があります。

これは、一貫性から始めて、モノマーの特徴的なパラメーターを見つける必要があることを意味します。バッテリーに一貫性がなく、内部抵抗に一貫性がありません。変異したモノマーが中央にある限り、それを特定することができます。

具体的には、通常のバッテリーの等価回路と微小短絡のある等価回路が発生します。方程式の形式は、通常のモノマーと微小短絡モノマーのパラメーターが変更されていることを除いて、実際には同じです。これらのパラメータを調べて、内部短絡の変化におけるそれらの特性のいくつかを確認できます。

特徴の一つは、短絡モノマーの電位差であり、その内部抵抗と他のモノマーとの差を比較します。 Ou yangmingは、R＆D担当者がモデルを使用してモノマーを特定することを提案しました。各モノマーの電圧と電流を測定し、これらのデータを使用してモデルを組み合わせた後、各モノマーの内部抵抗を推定できます。モノマーのすべてのパラメーターを推定した後、パラメーターの変化に応じて、モノマーのコンシステンシーに大きな変化があったかどうかを判断できます。

（4）機械的接触熱が制御不能

衝突は、機械的なトリガーが制御不能になる典型的な方法です。テスラの繰り返しの火災事故が理由です。 Ou yangmingは、清華大学とMITが協力して、米国でのテスラの衝突を分析したことを明らかにしました。衝突のシミュレーションが実験室で行われる場合、最も近いのは鍼治療です。

暴走する衝突熱を解決する方法は、バッテリーの安全保護を設計することです。これには、開発者が熱暴走のプロセスを理解する必要があります。

一般に、熱損失が発生した後、それは下向きに広がります。たとえば、第1四半期には、熱が制御できなくなった後に熱伝達が発生し、熱が広がり始め、その後、グループ全体が爆竹のように1つずつ追跡します。この種の伝播では、中間温度上昇率、化学エネルギーの発熱、熱伝達、対流などのモデルを確立できます。熱電結合モデル全体を使用して、温度計で関連する定量分析を行うことができます。

伝播モデルを使用すると、開発者は、絶縁が必要なブロックと抑制の方法を設計できます。ただし、断熱材の追加は簡単ではありません。一方では、それはボリュームを厚くし、他方では、断熱は冷却と矛盾します。これらは対処する必要のある問題です。

要するに、熱暴走の拡大と封じ込めの観点から、R＆D担当者は、安全保護設計とバッテリー管理の2つの側面から始める必要があります。

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