非自己発火性のパワーバッテリーはどのように作られていますか？
数日前、CCTV &＃39; s" Today &＃39; s Statement" コラムは、2017年にSamsung Note 4で自然発火事故を報告しました。これにより、4歳の少女が顔を火傷しました。 サムスン&＃39;の携帯電話は、自然発火の問題のために飛行機での持ち運びも禁止されていました。
3,500 mAhの携帯電話のバッテリーの自然発火により怪我をする可能性がある場合、16kWhから開始すると、最大80kWhを超える純粋な電気自動車の自然発火の結果はさらにひどいものになります。
しかし、テスラのバッテリー事故は中断されていないようです。 テスラモデルSバッテリーの火災事故の疑いも以前に香港で発見されました。 車両は2015年9月に着陸しました。
最近の事故を振り返ると、モデルは基本的に2013年から2015年に発売された第1世代のモデルSであり、バッテリー寿命は4〜6年以上でした。
& quot;最初の書き込み& quot; モデルSのは2013年10月に登場しました-モデルSが運転していたとき、シャーシは鋭い物体にぶつかりました。 その後、車両は警報を発し、所有者は車両を放棄して逃げました。 20分後、車両が燃え始めました。モデルSフレームが燃えました。
実際、& quot; First Burn" このような大容量リチウム電池の自然発火による恐ろしい結果を漠然と明らかにしました。根本的な理由は、リチウム電池の急速充電と急速放出にあり、電池に大きな損傷を与えるだけでなく、バッテリー。 要件は非常に高く、モデルSは上記の2つの点に完全に対応しています。
バッテリーの安全性は、私たちが電化によってもたらされる便利な生活を楽しむための主要な前提条件です。 電気自動車のバッテリーの安全性を確保するために、国を問わず、バッテリーメーカーや自動車メーカーはこれに多くの努力を払ってきました。
現在、どのような種類のパワーバッテリーが使用されていますか。また、国、OEM、およびパワーバッテリーメーカーは、電気自動車のバッテリーの安全性をどのように確保していますか。 この人生。
今日のパワーバッテリー
長年の開発の後、2018年に純粋な電気自動車とハイブリッド車が本格的な爆発をもたらしました。パワーバッテリー市場での反応は、パワーバッテリーの出荷数の継続的な増加です。
非自己発火性のパワーバッテリーはどのように作られていますか？
2018年の最初の10か月のパワーバッテリーの出荷台数は2017年を上回り、前年比で84％以上増加し、総設置電力は56.89GWhに達しました。
2019年に古いOEMからの新しいエネルギーモデルの継続的な発売と新しい動力車会社の納入により、この数は2019年も増加し続けると予想されます。
現在、市場に出回っている新エネルギー車に使用されている主な電池は、最も広く使用されている三元リチウム電池、安全で安定したリン酸鉄リチウム電池、およびトヨタ&＃39;独自のニッケル水素電池です。
2017年以前の電気自動車と比較すると、パワーバッテリーのエネルギー密度は103.3Wh / kgから142.4Wh / kgに上昇し、2020年までに300kWh / kgの目標を設定していることがわかります。パワーバッテリーのエネルギー密度の大幅な増加は、三元リチウムバッテリーの幅広い用途にあります。
三元リチウムパワーバッテリーを使用する車両には、モデル3、カローラe +、BYD元EV、および他の多くの主流の新エネルギーモデルが含まれます。
非自己発火性のパワーバッテリーはどのように作られていますか？
三元リチウムの利点は、その高いエネルギー密度にあります。 現在、最先端のテスラとパナソニックのバッテリーは300kWh / kg近くに達する可能性がありますが、CATLとBYDは現在200kWh / kgに達する可能性があります。 現在、三元リチウム電池材料にはまだまだ改善の余地があります。 。 しかし、安全性能とバッテリーサイクルはリン酸鉄リチウムバッテリーほど良くはなく、国によって乗用車への使用が禁止されています。
三元リチウムに次ぐ市場シェアはリン酸鉄リチウム電池です。 安全性能に優れているため、主に商用車に使用されています。 現在、路上を走る電気バスは主にリン酸鉄リチウム電池を使用しています。
三元リチウム電池と比較して、電解質の揮発は摂氏200度で発生し、自然発火しやすい。 リン酸鉄リチウム電池では、摂氏800度でのみこの問題が発生します。 しかし、現在最もバッテリー密度が高いBYDは、150kWh / hにしか到達できません。 リン酸鉄リチウム電池を使用していたBYD王朝シリーズも三元リチウム電池に切り替えました。
リン酸鉄リチウム電池のエネルギー密度が理論上の限界に近づいた今、改善の余地はあまりありません。 また、-10度以下で100回充電すると容量が20％未満減少するため、基本的に寒冷地での使用は困難です。
トヨタ&＃39;専用のニッケル水素電池については、安全性と信頼性は長年にわたってテストされてきましたが、長年の使用で電池の安全事故は発生していません。 しかし、トヨタはこの点に関してあまりにも多くの特許障壁を設定しており、他のメーカーが使用することを困難にしています。
Ni-MH電池のサイクル時間は非常に短く、低充電および低放電サイクルのみが可能です。 トヨタプリウスはバッテリーを40％から60％の容量に保ちます。 また、エネルギー密度はリン酸鉄リチウム電池よりもさらに低いため、ハイブリッドモデルや純電気モデルには使用できません。 トヨタ&＃39;のハイブリッドモデルと純粋な電気モデルも三元リチウム電池を使用しています。
CATLの2018年の出荷台数は、三元リチウム電池とリン酸鉄リチウム電池の幅広い市場シェアに依存しており、テスラやトヨタなどの純電気ハイブリッドモデルに依存していたパナソニックや、主に自社モデルを供給しているBYDを上回りました。 国内市場で41.3％のシェアを持ち、出荷のチャンピオンを目指しています。
しかし、エネルギー密度とコストの点では、パナソニック、LG、その他の日本と韓国のバッテリーと比較して、依然として不利です。 補助金を減らした後も現在の市場を維持できるかどうかはまだ疑問符です。 もちろん、BMWのバッテリーのパートナーとして、CATLはより低価格でより良い製品を開発するのに十分な力を持っていると私は信じています。
リチウムイオン電池はどのように燃焼しますか
さて、パワーバッテリーの分類と過去と現在について話した後、今度は&＃39;が最大の市場シェアを持つリチウムバッテリーについて話しましょう。なぜそれがとても簡単に発火するのか。
リチウム電池の火災の原因は熱暴走です。
リチウム電池の過熱と自然発火の主な理由は、内部と外部です。 内部の原因は主にバッテリーの経年劣化であり、外部の原因は主にパンク、衝突、短絡、外部の過熱、および高電力の放電と過充電です。
リチウム電池は、正極、負極、リチウムイオンのみを通過させるセパレーターで構成されています。 バッテリーは動作中に熱を放出します。 温度が特定の温度に上昇すると、ダイヤフラムが熱的に閉じ、リチウムイオンの通過を防ぎ、バッテリーの正極と負極を分離し、反応を停止し、バッテリーの過熱を防ぎます。
ただし、ダイヤフラムは一定の温度で破裂し、保護効果を失います。 外部の熱によりダイヤフラムが破裂したり、パンクや衝突などの物理的損傷が発生したり、経年劣化した負極によって形成されたリチウムイオン結晶でさえダイヤフラムがパンクしたりすると、ダイヤフラムは正極と負極を分離できなくなります。バッテリーの内部短絡が発生します。
内部の短絡により、バッテリーは正極と負極の間に大面積の接触があり、激しく反応して大量の熱を放出し、このプロセスは激しくなり続け、温度は上昇し続けます。
リチウム電池に使用されている電解液は、高温では安定しません。 高温での揮発に加えて、ガスの形成によりバッテリーが膨張して破裂し、内部短絡が激しくなります。 一定の温度に達すると、一連の分解反応が起こり、大量の熱が発生すると、これらの熱によって反応がさらに激しくなり、最終的には自己発熱効果が生じます。
リチウム電池が様々な理由で内部短絡を起こすと、放出された熱が残りの電池の連鎖反応を引き起こし、最終的には広い範囲の熱暴走につながる可能性があります。
リチウム電池に使用されている電解液は揮発性で可燃性の有機溶剤であり、熱暴走により発火する可能性があります。 最終的に登場したのは、いくつかのモデルSの自然発火事故のようでした。 突然大量の煙が出て、短時間で発火し、消火が困難でした。
国の義務的な基準は安全を保証します
リチウム電池には問題があるため、乗用車でのリチウム電池の安全な使用を確保するために、州は乗用車用電池と蓄電池について、システム国を含む2セットの厳格な義務基準を16および10の安全性試験で確立しました。それぞれアイテム。 すべてのテストに同時に合格する必要があり、2つの国家基準を満たす電気自動車を販売して消費者に適合させることができます。
すべてのテストは、バッテリーが完全に充電された状態で実行されます。 テストのいくつかはより暴力的です。 監督が詳しく語り、この基準の厳しさをみんなに感じてもらいます。
鍼灸試験は、直径6〜8mmの鋼針を使用して、25mm / sの速度で垂直に穿刺し、少なくとも3つの電池を貫通し、鋼針は電池内に留まります。 爆発、燃焼、または火災が発生しないように1時間観察してください。
加熱試験は、毎分摂氏5度の速度で130度まで上昇し、30分間保持します。 加熱を停止した後、爆発、燃焼、または火災が発生しないことを1時間観察します。
温度サイクル試験は、上記の表の温度と持続時間に応じて温度を調整し、5回サイクルし、その後1時間観察しますが、爆発、燃焼、火災は発生していません。
外部火災テストもあります。 バッテリーシステムよりも大きい燃料油盆地が使用されます。 バッテリーはブレイザーの50cm上に直接さらされています。 炎はバッテリーを直接70秒間燃焼させ、次にカバープレートを60秒間または直接追加します。 60秒間燃焼を続けます。 火元を離れた後、バッテリーに炎が出た場合、消火するのに2分もかかりません。 2時間観察します。爆発、燃焼、または火災が発生しないようにする必要があります。
実際、これらの厳格な標準テストの後、電気自動車のパワーバッテリーの自然発火の確率は燃料車のそれより高くありません。 強力なOEMが製造・販売する純粋な電気自動車やハイブリッド車の場合、誰もが安全性の面で安心できます。 。
安全性能を継続的に向上
バッテリー自体の国家必須基準で規定されている安全性能に加えて、車両のパワーバッテリーの安全性を確保するために、その安全性を確保するための他の多くの機器があります。
たとえば、2013年にテスラがパンクしたバッテリーで焼失した後、テスラはバッテリーの外部保護装置を再設計しました。
たわみ& quot;シールド& quot;を作成するためのアルミニウム合金とチタン材料の使用。 正面からの衝撃から保護するだけでなく、水しぶきやパンクした物体をそらすこともできます。これにより、バッテリーがパンクして外部から衝撃を受ける可能性が大幅に減少します。
バッテリーの過熱を回避するためのもう1つの重要なデバイスは、電源システムの電源管理BMSアルゴリズムです。 効果的な電力管理アルゴリズムは、過充電の発生を効果的に回避できます。 バッテリーの電力は直接検出できないため、電流と電圧でしか推定できません。 天候などの理由で電力管理戦略が間違っていると、過充電が発生しやすくなります。
過充電により、バッテリーの正極が溶解し、電解液が酸化して分解し、バッテリーが加熱して膨張して破裂し、最終的に発火します。
現在、世界中のさまざまなチームが、より高度で効果的な電力管理アルゴリズムを研究しています。 優れた電力管理アルゴリズムは、過熱を回避するために時間内にバッテリーの過充電を検出するだけでなく、内部短絡が発生したかどうかを認識し、車両の担当者に警告を発し、担当者を迅速に脱出させることができます。
アクティブ放熱システムにより内部短絡部の温度を下げることもでき、最終的には熱暴走前の温度制御を実現します。
もちろん、別の方法は、液冷循環システムを使用してバッテリーパックを包むアクティブな温度制御戦略を使用することです。 バッテリーの温度が高すぎたり低すぎたりすることによる過充電や過放電を回避できるだけでなく、バッテリーを適切な温度範囲に保ち、バッテリーの充電を最高の温度に保ち、最高の急速充電効果を実現します。
従来のリチウム電池ダイヤフラムは、ポリエチレンまたはポリプロピレンを1本使用しており、135度を超えるとダイヤフラムが破損し、自然発火の恐れがあります。 新しいバッテリーは、ポリプロピレン-ポリエチレン-ポリプロピレン複合ダイアフラムを使用しており、高温でもダイアフラムのブロッキング機能を維持できます。
また、従来の電池の電解液は高温で分解し、大量のガスや熱を発生し、熱暴走が発生します。 電解質にリン酸エステル難燃剤を添加することにより、反応を効果的に中断し、燃焼反応を組織化することができます。
これらのさまざまな対策は他にもたくさんあり、ユーザーのフィードバックとテスト結果に基づいて絶えず改善されています。 電気自動車の安全性は、電力システムの変更によって燃料車の安全性に遅れをとることはありません。
今後の開発の方向性として、電気自動車の安全性能に絶えず貢献しているさまざまな企業や技術チームがあります。 燃料車の現在の安全性も要約され、さまざまな事故で改善されています。 将来的には、電気自動車が私たちの生活に広く登場するにつれて、電気自動車の安全性は確実にさらに向上するでしょう。
監督は何か言いたいことがある
電気自動車用リチウム電池の安全性は低くはなく、段階的に向上しています。
新しいタイプの車両として、消費者は燃料車よりも電気自動車に高い基準を求める理由はありません。 同時に、電気自動車を保守的な視点で盲目的に批判するのではなく、開発の視点で見る必要があります。
彼が考えることができる最悪の車は国産の純粋な電気自動車であると言う人もいます。 これについて言えることは、自動車産業が始まったとき、車が馬車に取って代わることができるという信念がなかったということです。
テスラは、攻撃的すぎるなどの理由により、安全性の面であまりうまく機能していません。 モデルSを搭載した7000個を超える18650バッテリーは、電力管理システムにとって悪夢です。 しかし、このために電気自動車を否定することはできません&＃39; 現在の市場から、電気自動車のバッテリー安全技術は、これらの18650バッテリーパックをはるかに上回っています。
2019年の新エネルギー補助金の減少は、新エネルギー車業界にとって悪いニュースです。燃料車の価格優位性はもはや明らかではないからです。 しかし、別の見方をすれば、新エネルギー車を促進することもできます。
過去には、補助金で生活していた多くの企業は市場によってのみ排除することができ、残りは十分なR& D機能、生産機能、および製造機能を備えた企業でした。 電気自動車の安全のために、& quot; Old Tou Le"から変身したこれらの電気自動車会社を除く。 国内の純粋な電気自動車の平均安全レベルを効果的に向上させることができます。
