Haniaethol
Gall diffygion mesur foltedd achosi gor-wefru batris lithiwm-ion, gan arwain at ffurfio nwyon mewnol a chynhyrchu gwres, gan arwain at wresogi heb ei reoli. Er mwyn lleihau'r risg hon, mae gan y batri silindrog ddyfais ymyrraeth gyfredol (CID), sy'n gweithredu fel falf lleddfu pwysau. Pan fydd y pwysau mewnol yn codi, gall y CID ddatgysylltu cylched fewnol y batri. Fodd bynnag, mae'r datgysylltu hwn yn achosi'r batri i ddod yn uchel mewn ymwrthedd yn sydyn, gan achosi problemau difrifol mewn batris cysylltiedig â chyfres. Yn y cyfluniad hwn, gall rhai neu hyd yn oed foltedd y system gyfan ostwng ar y batri sydd wedi'i ddatgysylltu, gan gynyddu'r posibilrwydd o arcing yn fawr. Gall y math hwn o arc danio unrhyw nwy fflamadwy sy'n dianc, gan arwain at fethiant trychinebus.
Mewn cyfres o brofion a gynhaliwyd ar dri fferyllydd batri gwahanol, NMC (nicel manganîs cobalt), NCA (alwminiwm cobalt nicel), a LFP (ffosffad haearn lithiwm), canfuwyd na ellir gwarantu gweithrediad diogel CID ar folteddau system sy'n fwy na 120V. Er na ddangosodd profion cymharol ddwywaith y foltedd batri enwol yr un ymddygiad, mae'r canfyddiadau hyn yn awgrymu efallai na fydd safonau diogelwch cyfredol sy'n argymell profi dwywaith y foltedd graddedig yn mynd i'r afael yn llawn â'r risgiau dan sylw. Mae profion pellach wedi dangos bod y cysylltiad cyfresol rhwng y batri a CID yn gynhenid beryglus, oherwydd yn y senario waethaf, gellir canolbwyntio foltedd y system gyfan ar un batri, gan arwain at fethiannau posibl yn y system.
1. Rhagymadrodd
Gyda datblygiad peirianneg drydanol ac electronig, mae bywyd modern yn dibynnu'n fawr ar ddyfeisiau megis ffonau smart, tabledi, beiciau trydan, cerbydau trydan, offer pŵer, a systemau storio ynni cartref. Yn ôl safon IEC 61140, gellir rhannu'r dyfeisiau hyn yn ddwy lefel foltedd: dyfeisiau o dan 60V AC a 120V DC, a dyfeisiau ag ystodau foltedd hyd at 1000V AC a 1500V DC.
Mae'r cyntaf yn cynnwys offer trydan, beiciau trydan, gliniaduron, a ffonau symudol, a ystyrir fel arfer yn ddiogel oherwydd eu foltedd isel iawn. Gelwir yr olaf hefyd yn offer amrediad foltedd isel, megis cerbydau trydan gyda foltedd enwol o 400V DC i 800V DC. Mae cerbydau trydan a chymwysiadau eraill yn cael y pŵer gweithredu gofynnol o fatris lithiwm-ion, gydag uchafswm foltedd o 4.2V. Yn gyffredinol, mae'r lefel foltedd hon yn ddigonol ar gyfer ffonau smart, ond ar gyfer beiciau trydan (36V DC) a cherbydau trydan (400V DC), mae angen cysylltu tua 10 a 96 batris mewn cyfres, yn y drefn honno.
Mae batris ïon lithiwm yn arbennig o sensitif i adweithiau codi tâl, a all arwain at ffurfio nwy y tu mewn i'r batri. Er mwyn sicrhau bod pob batri yn gweithredu o fewn yr ystod gywir, defnyddir System Rheoli Batri (BMS) yn y batri i fonitro paramedrau ac ystodau. Yn ogystal, mae gan batris silindrog systemau diogelwch goddefol fel dyfeisiau ymyrraeth gyfredol (CIDs), a ddefnyddir i ddatgysylltu cylchedau mewnol y batri pan fydd nwy yn ffurfio a chynnydd mewn pwysedd oherwydd adweithiau dadelfennu y tu mewn i'r batri.
Oherwydd datgysylltu CID, mae'r risg bosibl o arcing yn cynyddu, gan arwain at gwestiwn a yw batris â CID yn beryglus pan gânt eu defnyddio mewn cyfres. Er enghraifft, gall cerbyd trydan gyda system 400V ddod ar draws materion technegol sy'n arwain at foltedd un batri yn uchel iawn, yn fwy na dwywaith y foltedd enwol. Yn yr achos hwn, mae'r profion a gynhaliwyd yn ystod cymeradwyo'r batri cerbyd trydan yn ddiystyr oherwydd gall defnyddio CID yn y sefyllfa hon arwain at sefyllfaoedd peryglus.
Er mwyn dod o hyd i'r ateb gorau i'r cwestiwn hwn, cynhaliodd yr erthygl hon brofion helaeth ar wahanol lefelau foltedd (120V DC i 800V DC) a ddefnyddir yn gyffredin mewn cymwysiadau cerbydau trydan trydan a hybrid.
2. Cefndir damcaniaethol
Canlyniadau codi gormod:Mae codi gormod yn un o'r sefyllfaoedd mwyaf hanfodol mewn cymwysiadau batri. O'i gymharu â rhyddhau dwfn, mae canlyniadau gor-godi tâl yn fwy difrifol, a all arwain at ddadelfennu electrolytau a deunyddiau catod, yn ogystal ag adweithiau niweidiol rhwng electrodau a chydrannau batri eraill, gan arwain at fethiannau batri trychinebus megis tanau neu ffrwydradau.
Rhesymau dros godi gormod:gan gynnwys methiant rheolwr codi tâl, methiant BMS, neu fesur foltedd anghywir. Er enghraifft, gallai BMS gydbwyso'r batri yn seiliedig ar werthoedd foltedd anghywir arwain yn y pen draw at godi gormod a rhedeg i ffwrdd thermol posibl.
Adweithiau mewnol batris:Yn dibynnu ar y deunyddiau a'r cemegau a ddefnyddir yn y batri, cynhyrchir ocsigen yn ystod dadelfennu catod (yn dibynnu ar y cyflwr codi tâl a'r deunydd catod). Mae ocsigen yn adweithio â thoddyddion carbon ac electrolyte, gan arwain at ryddhau nwyon fflamadwy fel carbon monocsid, carbon deuocsid a hydrogen. Yn yr achos hwn, mae electrodau cobalt manganîs lithiwm nicel (NMC 622 a NMC 811) ac electrodau alwminiwm nicel cobalt (NCA) yn dangos beirniadol, tra bod electrodau ffosffad haearn lithiwm yn cael eu hystyried fel y deunyddiau mwyaf diogel oherwydd eu bod yn rhyddhau carbon monocsid carbon isel nwy gwenwynig. Electrolyte yw'r brif elfen gyfrifol am gynhyrchu nwy mewn batris, ac mae ffurfio nwy ym mhob batri yn sefydlu pwysedd uchel. Oherwydd bod batris lithiwm-ion yn selio'r amgylchedd, mae'r nwy a gynhyrchir yn dianc, ac ynghyd â'r gragen fetel sefydlog, gall y pwysedd nwy gyrraedd hyd at 20 bar. Mewn digwyddiadau methiant afreolus, gall y nwyon hyn ffrwydro.
Dyfeisiau diogelwch:Er mwyn lleihau peryglon posibl offer storio ynni, mabwysiadir dyfeisiau diogelwch amrywiol a mecanweithiau rheoli. Defnyddir mesurau diogelwch mewnol megis dyfeisiau cyfernod tymheredd positif (PTC) a dyfeisiau ymyrraeth cyfredol (CID) ar lefel y batri, a defnyddir BMS fel mesur diogelwch allanol i fonitro'r batri yn barhaus ar lefel y system. Mae PTC yn cynyddu ymwrthedd ac yn lleihau llif cerrynt yn ystod gwresogi, tra bod CID yn cynnwys disg uchaf a disg gwaelod. Pan fydd gordal yn achosi cynnydd mewn pwysau, bydd y ddisg uchaf yn plygu a bydd y cymal weldio yn torri, a thrwy hynny yn datgysylltu'r llwybr presennol â'r deunydd gweithredol. Mae sbarduno CID yn debyg i agor switsh dan lwyth, a all danio arc. Ar gyfer batris silindrog gyda CID, mae foltedd o 18V yn ddigon i gynhyrchu arc. Mewn cysylltiad cyfres, efallai na fydd batri sengl yn cyrraedd gwerth foltedd mor uchel, ond gall ddigwydd yn y system, a all achosi crynodiad foltedd ar un batri, gan ei gwneud yn arbennig o beryglus.
Safonau profi:Mae Argymhellion y Cenhedloedd Unedig ar Gludo Nwyddau Peryglus yn bwysig iawn ar gyfer profi batri, ac ymhlith y rhain mae Cenhedloedd Unedig 38.3 T3 yn nodi gofynion profi lluosog, gan gynnwys profion gordal. Yn ôl y safon hon, y prawf overcharge yw penderfynu a yw'r batri yn beryglus rhag ofn y bydd cam-drin, a dylid codi tâl ar y batri i ddwywaith y foltedd codi tâl uchaf yn ystod y prawf. Rheoliad ECE y Cenhedloedd Unedig Rhif 100 yw'r sail gyfreithiol ar gyfer cymeradwyo cerbydau trydan gan yr Undeb Ewropeaidd, sy'n disgrifio'r prawf gor-dâl o batris cerbydau trydan. Mae Llawlyfr Prawf Cam-drin System Storio Ynni Trydanol FreedomCAR hefyd yn un o'r safonau pwysig. Ar gyfer profion gordaliad, mae'r safon hon yn defnyddio cerrynt gwefru DC cyson a dylid gosod y foltedd i ddwywaith y foltedd arferol. Nid yw'r safonau hyn bob amser yn bodloni gofynion cymwysiadau ymarferol, gan fod y batris yn cael eu gosod mewn cyfres mewn modiwlau a gall y foltedd fod yn uwch, gan gynyddu'r risg o arcing pan fydd y CID wedi'i ddatgysylltu.
3. Adran arbrofol
Dyluniad arbrofol:Yn y prawf gordal, defnyddiwyd tri batris gyda gwahanol briodweddau cemegol (LFP, NMC, ac NCA) ar gyfer dadansoddi ymddygiad cymharol. Y rheswm dros ddewis y batris hyn yw bod gan LFP adwaith gordaliad ysgafn, mae gan electrod NMC adweithedd cryfach fel deunydd catod, ac mae NCA ocsid yn rhyddhau ocsigen ac yn achosi rhediad thermol. Mae'r dewis o batris yn seiliedig ar y prif feini prawf, sef y dylai'r batris gael CID. Cyn yr arbrawf, agorwyd samplau o bob math o batri a'u harchwilio.
Dyfais profi:Mae'r ddyfais brofi yn cynnwys cylched pŵer a chylched mesur. Mae'r gylched fesur yn cynnwys modiwl mesur foltedd uchel, clamp cerrynt, synhwyrydd tymheredd, ac offer caffael data. Mae'r gylched pŵer yn cynnwys ffynhonnell foltedd, cysylltydd llwyth, a batri. Cynhaliwyd y prawf cam-drin gordaliad mewn cyfleusterau profi awyr agored, a defnyddiwyd camerâu manylder uwch a chamerâu isgoch i gofnodi'r digwyddiadau.
Proses brofi:Cynhelir y profion yn unol â manyleb profi FreedomCAR, ond ar dymheredd gweithredu arferol y batri. Codir tâl ar yr offer profi i ddwywaith y foltedd graddedig, ac mae casglu data yn stopio ar ôl 30 munud, waeth beth fo cyflwr adwaith y batri. Gwerthuswyd adwaith y batri gan ddefnyddio lefel perygl EUCAR, gan rannu ei ymddygiad yn wyth lefel o berygl. Diffiniwyd tair lefel lliw i gynrychioli ymddygiad diogel y batri, a chynhaliwyd dadansoddiad atchweliad logistaidd deuaidd.
Paramedrau prawf:Cynhaliwch ddeg prawf ar bob batri ar lefelau foltedd o 120V, 400V, ac 800V, gan fod y rhan fwyaf o gerbydau trydan o fewn yr ystodau foltedd hyn. Fe wnaethom gymharu sefyllfa foltedd dwbl mewn lefelau foltedd uwch a phrofion gor-wefru FreedomCar i wirio a yw'r perygl yn gymesur â'r foltedd. Yn ôl taflen ddata batri'r gwneuthurwr, dewiswyd lefel gyfredol pob batri, gyda batris NCA a NMC wedi'u gosod i fatris 4A a LFP wedi'u gosod i 1.5A. Codir y batri nes bod y CID yn torri ar draws y llif codi tâl neu fod y prawf yn cael ei derfynu, gyda phob prawf yn para am 30 munud.
Dadansoddi data:Defnyddir meddalwedd SPSS ar gyfer gwerthusiad ystadegol o ddata, gyda ffocws ar ddiogelwch batris. Defnyddir atchweliad logistaidd deuaidd ar gyfer gwerthuso yn seiliedig ar ymadroddion deuaidd o "diogel" neu "anniogel". Mae gwerthusiad ystadegol y prawf yn cynnwys rhannau arwahanol (disgrifiadol) a dadansoddol (casgliadol). Gellir disgrifio'r prawf gan ddefnyddio tri newidyn: priodweddau cemegol (newidynnau categorïaidd arwahanol), foltedd (newidynnau graddio cymarebau parhaus), a chanlyniadau profion (newidynnau deuaidd 0-1, diogel ac anniogel).
4. Canlyniadau
Dosbarthiad canlyniadau profion:Er mwyn rhoi trosolwg o'r data crai, mae tri chategori â lefelau perygl 3-5 wedi'u diffinio ar gyfer y gyfres brawf.
Ymddygiad ysgogi CID yn gywir:Mae'r categori canlyniad prawf cyntaf yn crynhoi'r data ar ymddygiad cywir CID (lefel perygl 3). Roedd gan yr holl fatris a brofwyd, ar ôl cael eu gordalu am 10 munud, bwysau aer mewnol yn ddigonol i agor CID, gan achosi gwacáu batri (gostyngiad cyfredol, cynnydd mewn foltedd). Roedd CID yn torri ar draws llif cerrynt yn gywir ac yn atal gorwefru pellach ar y batri, wedi'i ddosbarthu fel cyflwr diogelwch a'i farcio fel lefel perygl 3 (ymddygiad diogelwch gwyrdd).
Ysgogodd CID ymddygiad anghywir:Mae'r ail gategori yn crynhoi ymddygiad anghywir a ysgogwyd gan CID, lle mae'r CID yn torri ar draws llif cerrynt yn rhannol, gan arwain at gynnydd mwg a thymheredd cryf, ac fe'i dosberthir fel perygl cyflwr anniogel lefel 4 (ymddygiad anniogel melyn).
Ymddygiad a ysgogwyd gan wallau CID:Mae'r categori olaf yn cynnwys data a ysgogwyd gan wallau CID, lle gall CID ond gwahanu cerrynt a foltedd yn fyr neu'n llwyr, ac felly ni all atal gor-godi batri, gan arwain yn y pen draw at hylosgiad neu ffrwydrad batri, wedi'i ddosbarthu fel cyflwr anniogel o lefel perygl 5 neu uwch (coch ymddygiad anniogel).
5. Trafodaeth
Cyfyngiadau safonau profi:Yn ôl safonau profi batri FreedomCAR, mae'n anodd gwthio'r batri i'r terfyn diogel, hynny yw, pan gaiff ei or-dalu ddwywaith y foltedd graddedig, ni fydd y batri yn cael ei wthio i derfynau eithafol ac ni fydd yn arddangos ymddygiad peryglus. O fewn yr amrediad foltedd hwn (2-5V), gall CID wahanu'r polion positif a negyddol yn gywir heb danio'r batri. Fodd bynnag, nid yw'r safonau profi yn adlewyrchu'r defnydd gwirioneddol o batris lithiwm. Yn y farchnad storio ynni, mae systemau newid cyfres rhyng-gysylltiedig uwch gyda folteddau hyd at 800V.
Perfformiad batris â gwahanol briodweddau cemegol:O ystyried canlyniadau'r gyfres brawf 120V, arddangosodd batris cemegol NMC a NCA yr ymddygiad batri critigol cyntaf, tra bod batris cemegol LFP yn gymharol ddiogel ac nid oeddent yn profi tanio na thân gyda lefel perygl o 5 neu uwch. Yn y prawf 400V, dyblodd amodau critigol batris cemeg NMC a NCA o'i gymharu â'r prawf 120V, ond gellir ystyried batris LFP yn an-gritigol o hyd. Yn y prawf 800V, roedd perfformiad batris NMC a NCA bron yr un fath, yn y cam tanio, tra bod batris LFP yn dangos yr ymddygiad allweddol cyntaf o'i gymharu â'r gyfres brawf 120V a 400V.
Rhesymau dros ymddygiad anniogel:Ar gyfer pob batris a ddosberthir fel "anniogel", ni ellir atal y cyflenwad ynni, hynny yw, ni ellir torri ar draws y cerrynt codi tâl, a allai fod oherwydd yr arc a gynhyrchir pan fydd CID yn cael ei sbarduno, gan achosi i'r cerrynt gwefru barhau i lifo, gan arwain at a pwynt cyswllt bach rhwng yr anod a'r catod, gan arwain at ddwysedd cerrynt uchel. Yn ogystal, mae'r pellter rhwng y ddau gyswllt a grëir pan fydd CID yn cael ei sbarduno yn fyr iawn, sydd hefyd yn cynyddu'r foltedd chwalu a gall achosi arcing.
6. Diweddglo
Diffygion safonau cyfredol:Yn seiliedig ar ganlyniadau'r holl gyfresi prawf, gellir dod i'r casgliad bod y safonau cyfredol ar gyfer profi diogelwch batri mewn systemau batri yn annigonol. Yn y system batri o batris silindrog sy'n gysylltiedig mewn cyfres, gall datgysylltu CID o dan foltedd system uchel arwain at ffurfio arcau critigol, gan arwain at hylosgiad neu ffrwydrad batri. Felly, os yw'r batris wedi'u cysylltu mewn cyfres yn y system batri, nid yw profion batri ddwywaith y foltedd graddedig yn bwysig ar gyfer ymddygiad diogel y batris, a rhaid adolygu'r safonau cyfredol. Argymhellir y dylai'r profion a gynhelir ar lefel y batri o leiaf gyrraedd lefel foltedd uchaf y system batri a gynlluniwyd ar gyfer gosod a gweithredu.
Ystyriaeth ar gyfer cais CID:Canfuwyd bod gorwefru'r batri â foltedd uchel iawn yn cynyddu'r posibilrwydd o berygl. Felly, pan ddefnyddir nifer fawr o fatris gyda CID mewn cyfres yn y system batri, dylid ailystyried eu cymhwysiad, oherwydd gall sbarduno CID arwain at fethiant trychinebus batri. Yr ateb amgen i'r broblem hon yw dylunio batri CID a all wrthsefyll foltedd mor uchel.