Wie kommt es zum thermischen Durchgehen der Batterie?

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Was ist thermisches Durchgehen?

Thermal Runaway ist ein Prozess, der durch einen Temperaturanstieg beschleunigt wird und dabei Energie für weitere höhere Temperaturen freisetzt, was oft zu verschiedenen destruktiven Folgen führt, wenn nicht rechtzeitig darauf reagiert wird.

Dieses Phänomen tritt in mehreren Bereichen auf. Kernfusionsreaktionen, die durch außer Kontrolle geratene Sterne in der Astrophysik verursacht werden, führen zu Nova und verschiedenen Arten von Supernova-Explosionen. Im Tiefbau tritt thermisches Durchgehen auch auf, wenn die Wärme, die von einer großen Menge ausgehärtetem Beton freigesetzt wird, unkontrolliert ist.

Aber diese Arten von Thermal Runaways sind immer noch eine Minderheit, und mehr Thermal Runaways treten in den Bereichen Chemie und Elektrotechnik auf. Die stark exotherme Reaktion wird durch den Temperaturanstieg beschleunigt, und die meisten ihrer Anwendungen finden bei der Verwendung von Batterien statt, die oft von Explosionen und Bränden begleitet werden.

Was ist thermisches Durchgehen einer Batterie?
Was ist thermisches Durchgehen einer Batterie?

Was ist thermisches Durchgehen der Batterie?

Wenn die Batterie aufgrund eines Fehlers oder einer unsachgemäßen Handhabung auftritt, beginnt die Batterie, unkontrolliert verschiedene Kettenreaktionen zu verursachen. Zu diesem Zeitpunkt hat die Innentemperatur der Batterie die maximale Temperatur überschritten, der die Batterie standhalten kann, und sie gibt oft viel Wärme ab. Im schlimmsten Fall kann es explodieren oder einen Brand verursachen. Es tritt häufiger in Lithium-Ionen-Batterien auf, insbesondere in Elektrofahrzeugen und Mobiltelefonanwendungen.

Beim thermischen Durchgehen steigt die Temperatur der Batterie schnell (in Millisekunden) und die Kettenreaktion der gespeicherten Batterieenergie erzeugt extrem hohe Temperaturen (etwa 752 Grad Fahrenheit / 400 Grad Celsius – die Temperatur eines typischen Brandraums).

Prozessdefinierung

Das thermische Durchgehen der Batterie beginnt oft mit der Zersetzung des SEI-Films der negativen Elektrode in der Batteriezelle, und dann wird der Separator zersetzt und geschmolzen, wodurch die negative Elektrode mit dem Elektrolyten reagiert, und dann die positive Elektrode und der Elektrolyt zerlegt werden, was zu einem großräumigen internen Kurzschluss führt, was zu einer Elektrolyse führt. Die Flüssigkeit brannte und breitete sich dann auf andere Zellen aus, was zu einem starken thermischen Durchgehen führte, wodurch sich der gesamte Batteriesatz spontan entzündete.

(SEI-Film: Der SEI-Film wird während des ersten Ladens der Lithiumbatterie gebildet. Ein Passivierungsfilm, der durch die Reaktion zwischen dem Material der negativen Elektrode und dem Elektrolyten gebildet wird, seine Funktion besteht darin, das Material der negativen Elektrode einerseits zu beschichten und es zu schützen Struktur vor Beschädigung; andererseits ermöglicht es Lithiumionen, durch das Material der negativen Elektrode zu dringen und sich darin einzulagern.)

Ursachen und Vorschläge für thermisches Durchgehen der Batterie

überladen

Die Batterie wird über ihre maximal sichere Spannung hinaus überladen, was nicht nur die Batterie selbst beschädigt, sondern in schweren Fällen auch einen Brand auslösen kann. Ein ähnlicher Vorfall ereignete sich 2022 in China. Der Grund war, dass die Überladung des reinen Elektrobusses das thermische Durchgehen der Batterie auslöste und dem Batteriemanagementsystem selbst die Sicherheitsfunktion der Überladeschaltung fehlte.

Methodenvorschlag: Finden Sie den Fehler des Ladegeräts, der durch die volle Redundanz des Ladegeräts behoben werden kann. Zweitens ist zu beachten, ob das von der eigenen Batterie getragene Batteriemanagementsystem den Vorschriften entspricht, beispielsweise ob die Spannung jeder Batterie überwacht werden kann.

Die Temperatur ist zu hoch

Eine zu hohe Temperatur ist auch eine Ursache für thermisches Durchgehen in der Batterie. Aufgrund der unvernünftigen Auswahl und des thermischen Designs der Batterie wird der interne Kurzschluss der Batterie verursacht, und es ist auch notwendig, den durch externe Fehlbedienung verursachten Kurzschluss der Batterie zu vermeiden.

Unter Berücksichtigung von Materialien für das Batteriedesign wurden Materialien entwickelt, um ein thermisches Durchgehen zu verhindern oder die Reaktion dieses Phänomens zu blockieren. Aus der Perspektive des Batteriemanagements realisiert es eine Temperatursicherheitswarnung und eine Batteriegefahrenwarnung.

In den letzten Jahren sind „nicht zündende Batterien“ zu einem neuen Trend in China geworden. In der Branche habe es eine „große Diskussion darüber gegeben, wer zwischen Eisen-Lithium und ternär sicherer ist“. Es wurde zuerst von Unternehmen wie CATL, BYD und
SVOLT. Gleichzeitig haben chinesische Autokonzerne den Weg zu „kein Feuer, kein Rauch, keine Explosion“ eingeschlagen. Derzeit ist Keheng die Anwendung von „nie Feuer“ Lithium-Eisenphosphat-Batterien.

Interner Kurzschluss

Im Jahr 2006 fing eine Boeing 787 Feuer, nachdem eine Batterie explodiert war. Die Ursache kann von dem internen Kurzschluss stammen, der durch das Vorhandensein von Metallgegenständen in den Elektroden und Separatoren verursacht wird, aber Experten können nicht genau bestätigen, ob es die Ursache ist.

Um dieses Problem zu lösen, ist es am besten, einen Batteriehersteller mit guter Produktqualität zu finden. Das ausgewählte Batteriemanagementsystem (BMS) ist konform und in der Lage, Batterien mit internen Kurzschlüssen rechtzeitig zu erkennen.

durch äußere Kollision verursacht

Ein Crash ist ein typischer Weg, um ein Thermal Runaway auszulösen. Als Reaktion auf mehrere Tesla-Autobrände in China führten die Tsinghua University und das Massachusetts Institute of Technology gemeinsam eine Analyse der Unfälle von Tesla in den Vereinigten Staaten durch.

Zusätzlich zum korrekten Betrieb des Bedieners erfordert die Lösung für dieses Verfahren auch, dass die Batterie für Sicherheitsschutz ausgelegt ist, was möglicherweise erfordert, dass das F&E-Personal den Grund für den Prozess besser versteht.

Abschluss

Derzeit ist die BMS-Überwachung auf dem Markt ausgereift, einschließlich der Überwachung und Verwaltung von Batteriespannung, Batteriestrom, Batterietemperatur, Batterieladebilanz, Ladekontrolle und interner Kurzschlusserkennung. Die Realisierung der Erkennung des Batterie-Thermal-Runaway-Managements von Materialien bis hin zum Sicherheitsdesign hat die gesunde Entwicklung der gesamten Batterieindustrie langsam vorangetrieben.

Wenn Sie eine Blei-Säure-Batterie verwenden und die Batterie einen internen Kurzschluss hat, wird genug Wärme erzeugt, um die interne Säure zum Kochen zu bringen, und alles, was Sie möglicherweise riechen, sind faule Eier – Schwefel. Das löst zwar kein Feuer aus, aber die Gefahr des Verschüttens von Batteriesäure ist weitaus größer als bei einem Brand oder einer Explosion. (Ich schlage daher vor, dass Sie beim Kauf von Blei-Säure-Batterien versuchen, einen hervorragenden Hersteller zu wählen.)

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