1. Liitium-ioonakude termilise äravoolu mehhanism
Liitiumpatareid moodustatakse liitiumioonide sisestamisel süsinikku (naftakoks ja grafiit), et moodustada negatiivne elektrood. LixCoO2 kasutatakse tavaliselt positiivse elektroodi materjalina, samas kui kasutatakse ka LixNiO2 ja LixMnO4. Elektrolüüdina kasutatakse LiPF6+dietüleenkarbonaati (EC) + dimetüülkarbonaati (DMC). Peamisteks termilist äravoolu käivitavateks teguriteks on mehaanilised kahjustused, ülelaadimine, sisemised lühised jne. Erinevate tegurite mõjul toimuvad liitium-ioonakude sees olevad aktiivsed materjalid ägedad eksotermilised reaktsioonid ja aku sisetemperatuur ületab kontrollitava vahemiku. , mis viib lõpuks termilise põgenemiseni. Liitium-ioonaku sees toimuvad eksotermilised keemilised reaktsioonid hõlmavad tahke elektrolüüdi liidese näomaski SEI lagunemist, negatiivse aktiivse materjali ja elektrolüüdi vahelist reaktsiooni, negatiivse aktiivse materjali ja sideaine vahelist reaktsiooni ning oksüdatsiooni lagunemisreaktsiooni. elektrolüüdist.
Liitiumioonakude laadimis- ja tühjenemisprotsessi ajal reageerib elektroodi aktiivmaterjali tahkefaasiliidesel olev vinüülkarbonaat negatiivse elektroodi liitiumiga, moodustades grafiidi nakkepinnale SEI-kile kihi. See membraan võib otseselt aeglustada või isegi ära hoida reaktsiooni elektrolüüdi ja aktiivsete materjalide vahel elektroodi mõlemal küljel, vähendades oluliselt selle eksotermilist kiirust ja parandades positiivse ja negatiivse elektroodi materjalide stabiilsust.
Kui temperatuur tõuseb 90-120 kraadini, hakkab SEI kile lagunema, millele järgneb eksotermiline reaktsioon elektrolüüdi ja negatiivse elektroodi aktiivse materjali vahel. Võttes näitena vinüülkarbonaadi, on reaktsiooniprotsess näidatud võrrandites (1) ja (2):
Eksotermilise reaktsiooni käigus tõuseb aku sisetemperatuur järk-järgult. Erinevate diafragmamaterjalide kasutamisest lähtuvalt varieeruvad ka nende sulamistemperatuurid. Tavalise polüpropüleenmembraani sulamistemperatuur on 165 kraadi ja polüetüleenmaterjali sulamistemperatuur on 135 kraadi. Pärast separaatori materjali sulamistemperatuuri saavutamist läbib sisemine separaator lokaalse kokkutõmbumise, põhjustades aku sees olevate positiivsete ja negatiivsete elektroodide materjalide vahel otsest kontakti, mille tulemuseks on lühis ja suur soojushulk. Lühisest tekkiv suur soojushulk põhjustab diafragma kiire kokkutõmbumise, mis süvendab veelgi eksotermilist reaktsiooni.
Samal ajal, temperatuurivahemikus, kus SEI kile laguneb ja läbib eksotermilisi reaktsioone, läbivad liitiumisoolad ka intensiivseid eksotermilisi reaktsioone elektrolüüdiga. Liitium-ioonakude tüüpiliste aktiivsete materjalide hulka kuuluvad liitiumheksafluorofosfaat (LiPF6), liitiumtetrafluoroboraat (LiBF4) jne. Liitiumheksafluorofosfaat laguneb kõrgel temperatuuril, moodustades PF5, mis reageerib edasi lahustiga, haarates endasse CO hapnikuaatomid. side ja läbivad ägeda eksotermilise reaktsiooni, mis kiirendab veelgi elektrolüüdi lagunemine. Samal ajal eraldub liitiumheksafluorofosfaadi ja lahusti vahelises oksüdatsiooni-redutseerimisreaktsioonis ka väga mürgine vesinikfluoriidhape (HF). Spetsiifiline reaktsiooniprotsess on näidatud võrrandites (3) kuni (5):
Samas temperatuurivahemikus läbib elektrolüüt ise lagunemisreaktsiooni ja eraldab väikese koguse põlevat gaasi. Kui kasutati termilise jooksva protsessi analüüsimiseks kiiruskalorimeetriat, leiti, et elektrolüütide lagunemisel tekkivad gaasid koosnevad peamiselt C2H4-st, CO-st ja H2-st. Elektrolüüt aurustub kiiresti ja suurendab aku siserõhku. Kui siserõhk jõuab ülerõhuklapi piirini, väljub suur kogus põlevat gaasi, mis veelgi süvendab termilise põgenemise levikut. Elektrolüüdi täielikul põlemisel tekkiv soojus on palju suurem kui lagunemisreaktsiooni käigus vabanev soojus. Võttes näiteks etüleenkarbonaadi (EC) ja propüleenkarbonaadi (PC), on elektrolüütide oksüdatsiooni (6) ~ (7) ja mittetäieliku oksüdatsiooni (8) ~ (9) reaktsiooniprotsessid järgmised:
Kui aku sisetemperatuur järk-järgult tõuseb, hakkab positiivse elektroodi aktiivne materjal lagunema. Erinevate aktiivsete materjalide kasutamisest lähtuvalt varieerub ka temperatuur, mille juures eksotermilised reaktsioonid toimuvad. Positiivse elektroodi aktiivmaterjali lagunemisel tekib hapnik, mis seejärel osaleb reaktsioonis sisemise aktiivmaterjaliga, tekitades aku sees suure hulga gaasi. Reaktsiooniprotsess on järgmine:
Kui temperatuur ületab 136 kraadi, reageerib sideaine polüvinülideenfluoriid (PVDF) liitiumiga, tekitades gaasilise vesiniku. Reaktsiooniprotsess on järgmine:
Kõik ülaltoodud keemilised reaktsioonid, välja arvatud SEI-kile sulamine ja soojuse neelamine, on eksotermilised reaktsioonid. Elektrolüütide lagunemise, separaatori, aku aktiivse materjali ja liimi soojuseraldus moodustab vastavalt 43,5%, 30,3%, 20,1% ja 6,2% kogu soojuseraldusest. Reaktsioon aku positiivsete ja negatiivsete aktiivsete materjalide ja elektrolüüdi vahel on suurim soojusallikas.
2. Liitium-ioonakude termilise äravoolu esilekutsuvad tegurid
Liitium-ioonakude termilise äravoolu käivitavad tegurid võib liigitada kolme kategooriasse: mehaaniline kuritarvitamine (nõela läbitorkamine, kompressiooni deformatsioon, väline kokkupõrge), elektriline kuritarvitamine (ülelaadimine ja tühjenemine, lühis) ja termiline kuritarvitamine (soojusjuhtimissüsteem). ebaõnnestumine). Mehaaniline kuritarvitamine võib liitiumpatareides kergesti põhjustada sisemisi lühiseid, mis võivad põhjustada termilist äravoolu; Elektrienergia kuritarvitamise korral võib akude ülelaadimine ja tühjendamine põhjustada sisemisi kõrvalreaktsioone, mis põhjustavad akuelementide lokaalset ülekuumenemist ja termilist äravoolu; Väline lühis on ohtlik akude kiire tühjenemise seisund, kus ülisuur vool põhjustab kiiret kuumenemist ja isegi sulatab aku klemmid; Soojuse kuritarvitamise korral põhjustab soojusjuhtimissüsteemi rike sageli sisemise diafragma kokkutõmbumist ja lagunemist, mis lõpuks põhjustab sisemisi lühiseid ja termilist äravoolu.
Lisaks on aku enda olek ka üks olulisi termilist äravoolu põhjustavaid tegureid. Aku laadimis- ja tühjenemistsüklite suurenemisega ning dendriidi tootmisel sisse segatud lisandite esilekutsumisega tekivad kõrvalreaktsioonid, näiteks metallidendriidid, mida on lihtne separaatorisse läbistada ja akus lokaalseid lühiseid tekitada.
2.1 Termilise väärkasutuse põhjustatud aku termilise äravoolu uurimine
Kirjanduses kehtestatud liitium-ioonakude elektrokeemilise termilise sidestuse ülelaadimissoojuse põgenemismudeli kohaselt hakkavad liitiumioonakud tavaliselt ise kuumenema, kui temperatuur jõuab 80 kraadini. Kui aku kuumus voolab üle ja seda ei saa tõhusalt vabastada, põhjustab aku soojusjuhtimine aku temperatuuri kontrollimatut tõusu, mis hajub kohalikest üksikutest elementidest akuplokki, põhjustades mitmeid kõrvalreaktsioone ja termilist põgenemist.
Termiline kuritarvitamine ei toimu aku sees spontaanselt. Sageli tõuseb mehaanilise väärkasutuse või muude põhjuste tõttu aku sisetemperatuur künnise ja aku kohalikud piirkonnad kuumenevad, mis põhjustab termilist kuritarvitamist ning käivitab veelgi temperatuuri reguleerimise ja aku isesüttimise.
Samal ajal on termilist väljajooksut kasutatud ka uurimismeetodina eksperimentaalsete aku ülejooksuprotsesside testimiseks ja ohutuskarakteristikute tuvastamiseks aku termilise ülejooksu ajal. 1999. aastal leidsid KITOH jt. viidi läbi uuringud suure erienergiaga akude termilise jooksmise ohutusnäitajate jälgimiseks väliste küttemeetodite põhjal. Sellest ajast alates on adiabaatilise energia meetodit laialdaselt kasutatud liitiumioonakude termilise jooksva temperatuuriläve testimiseks. Praegused termilise kuritarvitamise uuringud põhinevad peamiselt akude välisel kiirgussüttimisel. Liu Mengmeng lõi mitme endogeense siirdesoojuse genereerimise mudeli ja elektrokeemilise termilise sidumise mudeli. Kiirguskuumutusmeetodi alusel uuriti akude ohutusnäitajaid pärast termilise kuritarvitamise põhjustatud isesüttimist. Leiti, et aku põlemist saab jagada kolme etappi, nimelt sissepritsepõlemine, stabiilne põlemine ja sekundaarne sissepritsepõlemine. LI et al. uuris tühjendusvoolu mõju temperatuurile termilise kuritarvitamise põhjustatud termilise põgenemise taustal. Leiti, et kui tühjendusvool on konstantne, sõltuvad kvaliteedikadu, ohutuskarakteristiku parameetrid, termilise põgenemise initsiatsioonitemperatuur ja termilise äravooluprotsessi tipptemperatuur kõik aku mahutavusest.
2.2 Elektritarbimisest põhjustatud aku termilise äravoolu uurimine
Aku termilise jooksmise levinumad põhjused on ülelaadimine ja tühjenemine, sisemised lühised, välised lühised jne.
(1) Üle- ja ülelaadimine
Liitiumioonaku laadimise tühjenemise tsükli lõppedes blokeerib BMS-i akuhaldussüsteem tavaliselt laadimisvoolu laadimisoleku alusel. Kui BMS-süsteem ebaõnnestub, võib aku ülelaadimine kergesti põhjustada tõsiseid isesüttimisõnnetusi. Pärast laadimise ajal SOC läve saavutamist kleepub liitiummetall negatiivse elektroodi aktiivmaterjali pinnale ja kinnitatud liitium reageerib teatud temperatuuril elektrolüüdiga, vabastades suure hulga kõrge temperatuuriga gaasi. Samal ajal hakkab positiivse elektroodi aktiivne materjal liigse liitiumi eemaldamise ja negatiivse elektroodiga suure potentsiaalide erinevuse tõttu sulama. Kui positiivse elektroodi potentsiaal ületab elektrolüüdi ohutu pinge, läbib elektrolüüt ka oksüdatsioonireaktsiooni positiivse elektroodi aktiivse materjaliga. Ülelaadimisprotsessi ajal võib esineda rida kõrvalreaktsioone, nagu oomiline kuumenemine ja gaasi ülevool, mis süvendab termilise põgenemise esinemist.
Liitiumioonakude ülelaadimisel eralduv gaas koosneb peamiselt CO2-st, CO-st, H2-st, CH4-st, C2H6-st ja C2H4-st ning gaasi maht ja soojus suurenevad laadimisvoolu suurenedes. Kasutades ühisanalüüsiks kiirendatud kalorimeetrit ja akutsükli analüsaatorit, näitab katse, et konstantse voolu konstantse pinge alusel ülelaadimise oht on palju suurem kui otse konstantse vooluga ülelaadimisel. Tuginedes komposiitpositiivse elektroodi ja grafiitnegatiivse elektroodi ülelaadimisvõimele erinevates katsekeskkondades, Ren et al. põhjalikult kaalunud laadimisvoolu, separaatori materjali ja soojuse hajumise süsteemi mõjusid. Uuringust selgus, et NCM akude ülelaadimisel eralduv soojushulk ei ole tihedalt seotud laadimisvoolu suurusega. Erinevate separaatorimaterjalide sulamistemperatuur ning aku deformeerumine ja paisumine on peamised tegurid, mis põhjustavad liitiumioonakude termilist äravoolu. Wang et al. analüüsis ülelaetud liitiumakude termilise leviku ja kõrge temperatuuriga gaasi ülevoolu teed ning leidis, et liitiumi sadestumise ja elektrolüüdi vahelise reaktsiooni käigus aku ülelaadimise ajal tekkiv soojus moodustas üle 43%. Zhang et al. uuris aku võimsuse halvenemise mehhanismi, mis põhineb mahtuvuse diferentsiaalpingel ja leidis, et ühel ülelaadimisel oli aku mahtuvusele vähe mõju, kuid pärast ülelaadimist kuni positiivse elektroodi aktiivse materjali deliteerumiseni mõjutab see tõsiselt aku termilist stabiilsust.
Ülevoolust põhjustatud kahju on palju väiksem. Varajast tühjenemist on raske põhjustada aku termilist väljavoolu, kuid see võib mõjutada aku mahtuvust. Zhou Ping et al. uuris nikkel-koobalt-mangaan-NCM kolmekomponentsete liitiumakude tühjenemise omadusi pärast ülelaadimist. Staatilise lahenduse käigus väheneb NCM-i liitiumaku lühise tase, suureneb takistus ja tühjendusvool väheneb. Katsed on näidanud, et mida suurem on tühjenemise sügavus, seda suurem on aku sees olevate üksikute elementide sumbumise aste. Ma et al. liitiumakude ületühjenemise katses leiti, et ületühjenemine ei muuda aku aktiivsete materjalide struktuuri, kuid võib põhjustada negatiivse elektroodi voolukollektori lahustumist, suurendada SEI kile paksust ja kiirendada aku vananemist. Liitium-ioonaku tühjenemise protsessi käitumisomadused on näidatud joonisel.
(2) Väline lühis
Välised lühised on ka toiteakude termilise äravoolu oluliseks põhjuseks. Chen et al. töötas välja uue elektrilise soojusühenduse mudeli, mis põhineb soojuse tootmise, jaotamise ja leviku mudelite kombinatsioonil. Uuringud on näidanud, et liitiumioonakude tipptemperatuur väliste lühise tingimustes on elektroodi kõrva servas. Ma Taixiao jt. leidis, et toiteakude välise lühise olekus on kõrvalreaktsioonidest tekkiv soojus palju väiksem kui elektrokeemia tekitatud soojus ja elektrokeemia poolt tekitatud soojus on positiivses korrelatsioonis esialgse SOC-ga, kuid negatiivselt korrelatsioonis temperatuuri tipuga. termiline stress.
(3) Sisemine lühis
Sisemine lühis, mis tekib aku sees ja mida BMS-süsteem on raske tuvastada, on liitium-ioonakude termilise jooksmise peamine põhjus. Kui aku on üle laetud või tühjenenud, kasvavad liitiumdendriidid järk-järgult, et tungida läbi SEI-kile, põhjustades sisemisi lühiseid ja põhjustades kiiresti kontrollimatut temperatuuri tõusu ja termilise põgenemise. Lisaks võivad akude töötlemata tootmisprotsessist põhjustatud võre kahjustused või voolukollektori purunemised põhjustada ka sisemisi lühiseid.
2.3 Uurimine mehaanilisest väärkasutusest põhjustatud aku termilise äravoolu kohta
Autoakude kasutamisel põhjustavad mehaanilised rikked vältimatult õnnetused. Kui akut deformeeruvad välised jõud, nagu läbitorkamine ja kokkusurumine, võib see põhjustada sisemisi konstruktsioonimuutusi ja isegi põhjustada termilist äravoolu, mis on tingitud positiivse ja negatiivse pooluse vahelisest otsesest kokkupuutest äärmise pinge all. Seetõttu on vaja läbi viia uuringud mehaanilisest väärkasutusest põhjustatud aku termilise põgenemise kohta, mille hulgas on Fan Wenjie ja Xu Huiyong läbi viinud lõplike elementide modelleerimise ja numbrilise seire analüüsi põhjal mehaanilisest väärkasutusest põhjustatud termilise põgenemise uuringud.
Wang et al. viis läbi uuringu akuploki ristlõike muutuste kohta pärast kokkupõrget, põhinedes pehmepakenditel liitium-ioonakudel. Torkekatses leiti, et torkeprotsessi käigus tekkis akuploki sisse suur hulk lokaalseid deformatsioone ja nihkemurde kihte ning voolukollektori ja positiivse elektroodi aktiivmaterjali rebenemine, samuti aku sisemise struktuuri ümberkorraldamine. pakki, mille põhjustas separaatori läbitorkamine, olid aku sees lühise termilise põgenemise peamised põhjused. Lamb jt. uuris kompuutertomograafia tehnoloogial põhineva 18650 silindrilise liitiumioonaku deformatsiooniseisundit punktsioonitingimustes. Katse käigus leiti, et positiivse ja negatiivse elektroodi vaheline infiltratsiooninähtus võimendab sisemiste lühiste tekkimist. Lühise käigus sulab kinnitatud alumiiniumfoolium, moodustades torkepraosse suure hulga metallist helmeid. Li et al. lõi lõplike elementide analüüsi mudelid erinevate mehaaniliste väärkohtlemise olekute jaoks, mis põhinevad läbitorkamisel, kokkusurumisel jne, ning töötas välja õppealgoritmi patareide termilise põgenemisprotsessi ennustamiseks, kasutades vanapatareide parameetreid. Mehaanilise kuritarvitamise mõju liitium-ioonakude ohutusele analüüsiti kaheksat tüüpi parameetrite põhjal, sealhulgas löögijõud, kokkupõrkenurk ja deformatsioonivahemik, mis vähendas oluliselt arvutuslikku keerukust.
Praktilistes rakendustes esinev mehaaniline kuritarvitamine on keerulisem kui üksikud katsed, nagu punktsioon ja kokkusurumine. Ainult eksperimentaalsele simulatsioonile tuginedes ei saa aku mehaanilise kuritarvitamise ohutusomadusi põhjalikult uurida. Põhilahendus on aku paigaldusasendi optimeerimine, töökindla BMS-süsteemi seadistamine ja sõiduki raami disaini optimeerimine akuploki projekteerimisel, et minimeerida kokkupõrke korral aku deformatsiooni ja kokkusurumist. .
3. Liitium-ioonakude termilise väljavoolu ennetavad meetmed ja meetodid
Eesmärgiga blokeerida, edasi lükata ja vältida toiteakude termilist äravoolu, on paljud teadlased viinud läbi uuringuid akupatareide soojusjuhtimise, ülitugeva aku konstruktsiooni disaini ja muude aspektide kohta.
3.1 Üksikute akude ohutusprojekt
(1) Diafragma disaini ohutuse uurimine
Diafragma ohutuse parandamise tuum seisneb temperatuuri tõstmises, mille juures diafragma kokku tõmbub ja sulab, suurendades selle kõrge temperatuuri isolatsioonivõimet. Diafragma kõrge temperatuuri isolatsioonivõime tagab selle mikropooride suletuse kõrge temperatuuriga keskkonnas, blokeerides liitiumioonide voolu. Laialdaselt kasutatavad membraanimaterjalid on tavaliselt kaetud keraamiliste katetega või muude suletud rakuefektidega materjalidega.
(2) Positiivsete elektroodide materjalide ohutuse uurimine
Kõige levinumad liitiumioon-positiivsete elektroodide aktiivsed materjalid, mida elektriakude turul kasutatakse, on tavaliselt LiCoO2, LiFePO4, LiMn2O4, LiNixCoyMnzO2 (NCM) jne. Positiivse elektroodi katmiseks materjalide kasutamine, et blokeerida ja leevendada termilisi kõrvalreaktsioone, parandada aku töötsüklit. ja termiline stabiilsus, nagu ZrO2 ja AlF3. Zhang et al. töötas välja kihilise kolmekomponendilise NCM-materjali, mis põhineb aatomikontsentratsiooni gradiendjaotusel, mille südamikuks on Ni ja Mn katab kinnitatud osakeste väliskihti. Testid on näidanud, et see suudab säilitada hea tsükli ja termilise stabiilsuse isegi mitme kõrge temperatuuri ja ülelaadimise tingimustes.
(3) Negatiivsete elektroodide materjalide ohutuse uurimine
Negatiivse elektroodi ohutuse parandamine saavutatakse peamiselt materjali katmise või elektrolüüdile lisandite lisamisega, et suurendada SEI-kile termilist stabiilsust. Xu et al. lisati elektrolüüdile vedelat sulamit GaSnIn, et parandada aku termilist stabiilsust. Katse näitab, et ettevalmistatud gradient-SEI kiht vähendab oluliselt pinge polarisatsiooni ja parandab Coulombi efektiivsust 99,06% -ni. Zheng et al. valmistas liitiumdendriidi kasvu pärssimiseks üliõhukese aramiid-nanokiud (ANF) membraani. Eksperimentaalses katses suure voolutihedusega keskkonnas 50mA/cm2 näitas ANF-Li võimsus|LiFePO4 täis aku vähenes pärast 1200 tsüklit 80,2%-ni. Esimest korda avastasid selle uuringud kiulise liitiumi sadestumise ja nanomõõtmeliste pooridega valmistatud ANF-membraan soodustas elektrolüütide difusiooni, kiirendas liitiumi transpordi efektiivsust ja kõrvaldas membraani tungivate mikromeetriliste liitiumdendriitide puudused.
(4) Elektrolüütide ohutuse uurimine
Enamik termiliselt põgenevaid õnnetusi hõlmab elektrolüüte ja elektrolüütide ohutuse parandamine, et vältida termilist põgenemist, on ülioluline. Ülelaadimisvastaste lisanditena lisatakse elektrolüüdile sageli leegiaeglustajaid, tahkeid polümeerseid aineid või ioonseid vedelikke. Fluoritud etüleenkarbonaat (FEC) on kõige levinum elektrolüüdi lisand, mille eeliseks on SEI kile koostise muutmise teel negatiivse elektroodi pöörduva liitiumi eemaldamise kulonilise efektiivsuse parandamine. Li et al. kujundas kahekihilise kristalse ja polümeerse tahke elektrolüüdi interfaasi SEI-kile, kasutades segafosfaatelektrolüüdis peamise soolana liitiumdifluoroboraati (LiDFOB). Leegiaeglustaja katse näitas, et leegiaeglustava elektrolüüdi isekustumisaeg oli 6,1 sekundit ja Li pöörduv efektiivsus oli 98,2%. Pärast 150 laadimistsüklit säilitas see endiselt 89,7% aku mahutavusest.
3.2 Toiteakusüsteemi ohutuskaitse ja optimeerimisprojekt
(1) Aku struktuuri optimeerimine
Ohutuse parandamiseks on otsustava tähtsusega akupaketi konstruktsioon ja sõiduki paigaldusasendi optimeerimine. Chen et al. viis läbi klassifitseerimiskatse termilise löögiulatuse mõju kohta 18650 aku paigutuse põhjal. Katse näitab, et suurema küttepinnaga piirkondades on süttimisaeg lühem ning levimiskiirus ja leviulatus suurem. Kuid selle katses võeti arvesse ainult toiteaku mooduli üldist kuumenemist ja ei võetud arvesse sisemiste lühiste põhjustatud kohalikku ülekuumenemist. Liu Zhenjun jt. optimeeris akuploki disaini, tuginedes toiteaku kolmemõõtmelisele soojuse hajumise mudelile ja viis läbi soojuse hajumise simulatsiooni. Katse näitas, et optimeeritud liitiumioonaku tipptemperatuur langes 46 kraadilt 34 kraadile ja üksikute elementide temperatuuride erinevust kontrolliti 5 kraadi piires.
(2) Aku soojusjuhtimissüsteemi projekteerimine
Liitiumioonakudel on tugev termiline tundlikkus ning aku soojusjuhtimissüsteemide tuum on madalal temperatuuril tühjenemise tõhususe ja kõrge temperatuuri ohutuse parandamine. Akude jahutusmeetodid hõlmavad vedelikjahutust ja õhkjahutust. Tesla elektrisõidukid kasutavad kõik vedelikjahutustehnoloogiat, elektribussides aga üldiselt õhkjahutust. Viimastel aastatel, nagu aerogeelid, faasimuutusmaterjale ja hübriidmaterjale on aku soojusjuhtimissüsteemides kasutatud tänu nende suurepärasele soojuse neeldumise efektiivsusele. Wu et al. on välja töötanud hüdrogeelil põhineva paindliku materjali aku soojusjuhtimissüsteemi jaoks. Kasutatakse odavat naatriumpolüakrülaatmaterjali. Selle äärmiselt tugevat plastilisust saab muuta erineva kujuga ja virnastada akukomplekti, mis võimaldab traditsioonilise õhkjahutuse ja vedelikjahutuse soojuse hajumise efekti säästlikult realiseerida.
(3) Jahutus-, kustutus-, blokeerimis- ja gaasijuhtimise projekteerimine aku termilise väljajooksu jaoks
Kui aku kuumenemine on vältimatu, on eriti oluline kiiresti blokeerida ja jahutada soojuse levik ning juhtida kõrge temperatuuriga gaase, et vältida vahetusse lähedusse paigaldatud akude kahjustamist.
Peamised viisid termilise äravoolu leviku tõkestamiseks on järgmised: täitmine leegiaeglustava ainega, isolatsioonimaterjalide kasutamine termiliselt eralduvate akude isoleerimiseks või leegi ja kõrge temperatuuriga gaaside juhtimine akukomplektist mööda teid. Xu et al. on välja töötanud kõrgtemperatuurse gaasi soojuseraldustoru, millel on ristkülikukujuline ristlõike kuju, mis on paigutatud piki akut, nagu on näidatud joonisel 5. Kuigi see ei suuda ära hoida üksikutes akudes termilise äravoolu esinemist, võib see tõhusalt takistada kohaliku soojuse levikut akukomplektid. Li Haoliang jt. projekteeris termilise leviku blokeerimissüsteemi ja integreeritud juhtimissüsteemi, mis põhineb inertgaasidel ja segatud külmutusagensitel. Soojuse hajumise diagrammi ja kuumenemise kiirenduse alusel määratakse blokeerimissüsteemile künnis. Katse näitab, et see võib tõhusalt blokeerida soojuse levikut, kui aku on lokaalselt ülekuumenenud.
4. Järeldus
Artiklis tehakse kokkuvõte kirjandusest liitiumioonakude termilise äravoolu käivitamise mehhanismi, põhjuste ja ohutuskontrolli juhtimise kohta.
(1) Termilise põgenemismehhanismi uurimisel analüüsiti liitium-ioonakude põhikomponentide termilist stabiilsust ja soojuseralduse seadust ning reaktsioonisoojuse vabanemise protsesside põhimõtteid, nagu elektrolüütide lagunemine, separaator, aku aktiivsed materjalid ja peamiselt selgitati liimaineid.
(2) Termilise äravoolu käivitavate tegurite uurimisel klassifitseeriti ja tehti kokkuvõte erinevate käivitustingimuste tunnused ja põhjused, nimelt mehaaniline kuritarvitamine, elektriline kuritarvitamine ja termilisest väärkasutusest põhjustatud aku termiline ärajooks.
(3) Termilise äravoolu vältimise ja jälgimise osas käsitletakse käesolevas artiklis liitiumioonakude termilise äravoolu ohutuse parandamise uuringuid kolmest aspektist: liitium-ioonaku elementide optimeerimine, toiteakude süsteemide optimeerimine ja aku soojusjuhtimise ja jälgimise hoiatussüsteemid.
Kuigi liitium-ioonakude termilise äravoolu uurimisel on tehtud märkimisväärseid edusamme, on mõnes uurimisvaldkonnas endiselt lünki. Liitium-ioonakude tsükliaegade superpositsioonist põhjustatud vananemise mõju ohutusele on uuritud alles viimastel aastatel, eriti vananemistee ja termilise stabiilsuse mehhanismi eksperimentaalne uurimine on veel suhteliselt napp. Samal ajal on leegi leviku ennustamise ja modelleerimise kohta pärast termilist põgenemist tehtud vaid mõned eksperimentaalsed uuringud ning endiselt puudub leegi leviku arvuline simulatsioonianalüüs. On näha, et liitium-ioonakude termilise jooksmise ohutusjuhtimine on alles arendusjärgus, eriti hoiatamise ja blokeerimise suunal, mis nõuab edasist uurimist.