電源電池の安全問題は「熱暴走」と要約され、一定の温度に達すると制御不能になり、温度が直線的に上昇し、燃えて爆発します。過熱、過充電、内部短絡、衝突などは、電源バッテリの熱暴走を引き起こすいくつかの重要な要因です。
(1) 過熱は熱暴走を引き起こす
パワーバッテリーの過熱の理由は、バッテリ設計とバッテリ管理の2つの側面から解決すべき、不適当なバッテリ選択と熱設計、または外部短絡によるバッテリの温度上昇、ケーブルコネクタの緩みなどから来ています。
バッテリー材料設計の観点から、材料は熱暴走を防止し、熱暴走の反応をブロックするために開発することができます。電池管理の観点から、異なる温度範囲は、階層的なアラームを実行するように、異なる安全レベルを定義するために予測することができる。
(2) 過充電は熱暴走を引き起こす
今年の純粋な電気バス火災事件は、「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は過充電回路の安全機能を欠いていたため、バッテリのBMSは制御不能になったが、まだ充電されている。
このタイプの過充電の場合、解決策は充電器の完全な冗長性によって解決できる最初の充電器の欠陥を見つけることです。第二に、電池管理は不合理であり、例えば、各電池の電圧が監視されない。
バッテリーが老化するにつれて、バッテリー間の一貫性はますます悪化し、この時点で過充電が発生する可能性が高いことは注目に値します。そのためには、バッテリパック全体のバランスをとって、バッテリパックの整合性を維持する必要があります。
例えば、最も一般的なバッテリパックの組み合わせ方法「並列で、次に直列に」を採用したシリーズ接続型のバッテリパックは、モノマー一貫性問題を解決した後、最小容量モノマーと同じ容量を有することが最良のケースである。この一貫性により、容量が上昇し、同時に過充電を防ぐことができます。
一貫性を実現するには、各セルの容量を推定する方法が必要です。Ouyang Minggaoは、充電曲線の類似性に基づいて、バッテリーパック全体の状態を推定できることを示唆した。
つまり、一方のセルの充電曲線が既知である限り、他の曲線はそれに類似している必要があります。カーブが変化した後、ほぼ一致し、カーブの変化の過程でこれらの違いを計算することは容易です。1つのモノマーによれば、他のモノマーを計算することができる。この方法により、上記の一貫性バランスを行うことができる。もちろん、このアルゴリズムは時間がかかりすぎて単純化する必要があります。
(3) 内部短絡が熱暴走を引き起こす
ボーイング787旅客機は、バッテリー爆発のために火災を引き起こしました。事故の原因を探す際に、電極やダイヤフラムに金属物が存在し、内部短絡を引き起こすことが判明しました。専門家は、熱暴走が内部短絡によって引き起こされることを100%確認することはできませんが、他の理由がなく、内部短絡が「出現」することができないため、最も可能性の高い原因です。
電池製造不純物、金属粒子、充放電の膨張収縮、リチウム進化等は、全て内部短絡を引き起こす可能性がある。この種の内部短絡は、非常に長い間ゆっくりと発生し、それが熱的に制御不能になる時期は不明です。テストが実行された場合、検証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発見しておらず、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、まず良い製品品質のバッテリメーカーを見つけ、バッテリーとバッテリセルの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を行い、熱暴走が発生する前に内部短絡を有するモノマーを見つける。
これは、モノマーの特性パラメータを見つけ、一貫性を最初に開始できることを意味します。バッテリが一貫性がなく、内部抵抗も一貫性がありません。真ん中にバリエーションのあるモノマーを見つける限り、区別することができます。
具体的には、通常電池とマイクロ短絡の等価回路との等価回路とは、マイクロ短絡を有する正常セルとセルのパラメータが変化したことを除いて、式の形態は実際には同一である。これらのパラメータを調べ、内部短絡変化の特性の一部を確認することができます。
特徴の一つは、内部短絡モノマーの電位差であり、その内部抵抗を他のモノマーと比較する。Ouyang Minggaoは、研究開発要員がモノマーを識別するためにモデルを使用する必要があることを提案しました。各セルの電圧と電流を測定した後、これらのデータを用いてモデルを組み合わせて、各セルの内部抵抗を推定できる。モノマーのすべてのパラメータが推定された後、パラメータの変化に応じて、一貫性が大きく変化したかどうかを判断することができる。
4)機械的トリガ熱暴走
衝突は、熱暴走の典型的な機械的トリガです。テスラの繰り返しの火災事故が原因です。オウヤン・ミンガオは、清華大学とMITが協力して米国におけるテスラの衝突を分析したことを明らかにした。衝突シミュレーションが実験室で行われる場合、最も近いのは鍼です。
衝突によって引き起こされる熱暴走を解決する方法は、バッテリーの安全保護設計の良い仕事をすることです。そのためには、R&D担当者が最初に熱暴走のプロセスを理解する必要があります。
一般的に言えば、熱暴走が起こった後、下方に広がります。例えば、第1四半期に熱が制御不能になると、熱伝達が行われ、広がり始め、グループ全体が爆竹のように1つずつ続きます。この種の伝搬では、中間温度上昇率、化学エネルギーと電気エネルギーの熱発生、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、熱量計を用いた関連定量分析に使用できます。
伝播モデルを使用すると、R&D担当者は断熱を必要とするブロックおよび抑制の方法を設計できます。しかし、断熱層を加えるのは簡単ではありません。一方で、ボリュームは厚くなり、一方で、断熱層と冷却は矛盾しています。これらはすべて解決する必要がある問題です。
要するに、熱暴走の拡大と抑制の観点から、R&D担当者は安全保護設計とバッテリ管理の2つの側面から始める必要があります。