Akademiker i Ouyang Minggao: Tre funksjoner og fire kontrollmetoder for batterivarmeeffekt

ଲେଖକ: ଆଇଫ୍ଲୋପାୱାର - Pārnēsājamas spēkstacijas piegādātājs

Akademiker ved det kinesiske vitenskapsakademiet, professor Ouyang Minggao, Tsinghua University, mitt land. Batterisikkerhet har en svært viktig bruksverdi i transport og moderne reiser, spesielt innen energisikkerhet, er også globalt fokus. US Department of Energy (DOE) og German Science Institute (BMBF) og relaterte internasjonalt anerkjente forskere har lansert et internasjonalt batterisikkerhetsseminar (IBSW), og fortsatte i 2015 i München Universitet i Tyskland, 2017 i Sandia National Experiment i USA.

Room, gjennomførte med suksess det første og andre internasjonale batterisikkerhetsseminaret (IBSW). Den 7. oktober 2019 ble det tredje internasjonale batterisikkerhetsseminaret holdt i Beijing. Generalforsamlingen arrangert av Tsinghua University Battery Safety Laboratory, temaet for møtet er "tryggere høy-enn-høy-spesifikt batteri for elektriske kjøretøy".

På møtet publiserte akademiker ved det kinesiske vitenskapsakademiet, professor Ouyang Minggao, Tsinghua University, hovedtalen, introduserte "Sikkerhetsforskningen til Tsinghua University Motor Lithium Battery". Innholdet er organisert som følger: mine damer, herrer, alle er flinke! Jeg er fra Tsinghua University. Først av alt introduserer vi vårt Tsinghua-universitets nye forskningsgruppe for energikraftsystem.

Siden 2001 har vi siden 2001 vært det sentrale spesialforsknings- og utviklingsteamet for nasjonale nye energikjøretøyer, og det er også ledende team i Kina og USA. Teamet vårt er viktig for flere undersøkelser, inkludert kraftlitiumbatterier, drivstoffbatterier og hybridkraft. Når det gjelder kraftlitiumbatteri, er vi viktige for å gjøre sikkerhet; vi er viktige for å gjøre holdbarhet i drivstoffbatterier; når det gjelder hybrid er vi viktige for å gjøre utslippskontroll av forbrenningsmotor.

Så dette er våre tre viktige fokuspunkter. I dag har jeg gitt deg en viktig introduksjon til våre forskningsresultater innen sikkerhet. Tsinghua University Battery Safety Lab ble funnet i 2009.

Fokuset er å gjøre batterisikkerhet. Nærmere bestemt er batteriets termiske ute av kontroll. Her introduserer jeg oss for forskningsfremgangen i termisk ute av kontroll.

Alle forstår at sikkerhet er problemet med fokus på elektriske kjøretøy, og det er ulike grunner til å forårsake sikkerhetsulykker. Når den termiske ute av kontroll er indusert i et batteri, vil hele batterisystemet spre seg, og til slutt oppstår ulykken. Dette er noen av våre partnere innen batterisikkerhet, inkludert internasjonalt viktige bilprodusenter og viktige batteriprodusenter, samt viktige bilprodusenter og viktige batteriprodusenter i Kina, og vi lisensierer også patenter på immaterielle rettigheter, innenlandske og utenlandske selskaper, etc.

Dette er vårt batterisikkerhetslaboratorium. I går har mange deltakere besøkt laboratoriet vårt. Velkommen alle til besøk og utveksling.

Det finnes en rekke testmetoder i våre batterisikkerhetslaboratorier, som er et mer karakteristisk termisk ute av kontroll eksperiment med ARC for å varme ut av kontroll. Vi er verdens enhet for ARC-eksperimenter på kraftlitiumbatterier med stor kapasitet. Etter et stort antall eksperimentelle studier, oppsummerte vi tre kjennetegn ved batteri termisk ute av kontroll, selv-varm start temperatur T1, termisk ute av kontroll trigger T2, termisk ute av kontroll maksimal temperatur T3, vi har også gjort en rekke typer kraft litium batteri test, i tråd med denne loven.

T2 er den mest kritiske, hva som reagerer T1 er mer tydelig, vanligvis begynner SEI-filmen, T3 avhenger av hele reaksjonsentalpien, T2 er ikke veldig klar, men den er også den mest kritiske, hvorfor er det en langsom stigning Varmen vil plutselig forårsake en skarp varmeovn, og løftehastigheten kan nå 1000 grader per sekund eller mer, som er nøkkelen til årsaken til varme. Derfor, gjennom utforskningen av T2, er det tre viktige årsaker. Den første er tydeligere, det er indre kortslutning.

Det er til syvende og sist relatert til membranen, som er kortsluttet. Det er også en nylig ulovlig positiv materiale frigjør oksygen, litium litium, oppsummerer den positive grensen for oksygen, den negative litium, diafragma kollaps, disse tre årsakene er til syvende og sist hovedårsaken til dannelsen av T2. Nedenfor har jeg introdusert de tre mekanismene nevnt tidligere til mekanismen og fremdriften av termisk kontroll uten kontroll, inkludert den første, interne kortslutningen og kortslutningen til vår kontroll, er BMS.

For det andre, den termiske ute av kontroll og den termiske utformingen av batteriet forårsaket av den positive grensen. For det tredje, termostaten forårsaket av den kraftige reaksjonen av litiumlitium og elektrolytt og vår ladekontroll. Hvis de tre teknologiene, kan de tre teknologiene løse problemet med termisk ute av kontroll.

Vi har det siste trikset, som er å undertrykke varmespredning, vi må forstå loven om termisk spredning, samtidig som vi undertrykker den termiske spredningen, og til slutt forhindre sikkerhetsulykker. La meg introdusere deg for disse fire aspektene: Først kortslutning og BMS. Det er mer tydelig at mekaniske årsaker, som kollisjon, mekaniske og til slutt riven i membranen, eller årsaken til elektrisitet, overlading, grenkrystalllitium, dendritisk punktering eller overoppheting, selvfølgelig, vil til slutt overoppheting, overoppheting kan føre til kollaps av alle membranene, men det er ikke relatert til kortslutningen, men det er ikke den samme, av utvikling er annerledes, men det vil vare til diafragmakrasj og diafragmasmelting.

Så vi bruker varmekalorimeteret og DSC, den ene er å forklare dens mekanisme fra eksotermen til materialet, en er å varme ut av hele enkeltbatteriet fra varmeoverføringen til hele enkeltbatteriet, og sette det termiske ut av kontroll eksperimentelt hælmateriale Den termiske karakteren analyseres, som er mekanismen til termisk ute av kontroll etter at vi er rutinemessige. Vi kan se at smelting av membranen kan forårsake interne kortslutninger, starter temperaturen, og membrankrasj vil danne T2, noe som direkte fører termikken ut av kontroll, dette er en mer vanlig årsak. Vi bruker også mange andre hjelpemidler, inkludert ulike materialanalysemetoder, og en metode for termisk vekt og massespektrometri for å analysere ulike stoffer.

Dette er vår grunnleggende analysemetode, du kan analysere en rekke batterier, ulike mekanismer. Dette er den første, og det er også en slags termisk ut-av-kontroll-metode, uansett hva, vi kan gjøre mye arbeid fra designvinkelen, ikke for tynt, men styrken er nok, men den midterste. Det er et vanlig problem med kortslutning, så vi må forhindre interne kortslutninger, vi må studere kortslutningen, kortslutningseksperimenter er relativt komplekse, det er ingen moden batteritilnærming med nye standarder. oppvarming til en viss temperatur, la minnelegering skarpt, utløse varme ute av kontroll. Fra litteratur og egen forskning er det fire typer viktige interne kortslutninger.

Noen kortslutninger kan umiddelbart føre til termisk ute av kontroll, men noen kortslutninger utvikles sakte, og noen kortslutninger er kanskje ikke farlige, men noen kortslutter Det vil være veldig farlige, og noen kortslutninger er alltid sakte, og det er noen interne kortslutninger fra nedbremsing til mutasjoner, det finnes forskjellige typer. For dette formål har vi også utført noen simuleringsanalyser, jeg er ikke detaljert her. Kort sagt, vi oppdaget endelig at utviklingen av kortslutninger i evolusjonstypen var spenningsfallet, den første prosessen er viktig for å slippe spenningen.

Det vil være temperaturstigning i andre del, og til slutt danne varme ute av kontroll. Så angående denne sakte, bør vi i den første prosessen, det vil si at spenningsfallstadiet er å oppdage det for å feilsøke, plukke det opp, for å forhindre det fra ytterligere forringelse, dette er vår interne kortslutningsdeteksjonsalgoritme, dette er en algoritme for seriebatteripakken, inkludert den første er analysert fra konsistensen til spenningen, og en batterispenning er kortsluttet, som kan ha en intern kortslutning. Men hvis du ikke kan bekrefte, la oss legge til temperatur.

Hvis du har endret etter utviklingen, legger vi til brennbar gasssensor, så det er en måte å bremse og mutere. For eksempel, konsistensidentifikasjonen av seriens batteripakkespenning, introduserer jeg ikke den spesifikke algoritmen. Du kan tydelig se at batteriet som er nede på spenningen kan være tydelig.

Selvfølgelig må vi gjennomføre en rekke ingeniørmetoder, og det er en enkel algoritme som ikke er nok. Det er også nødvendig å bli med på relevant erfaring fra mange prosjekter for å bedømme, dette er databasen, så vi velger å samarbeide med selskapet. Kort sagt, vi kan komme godt fra dette området, for eksempel en mikrokortslutning, på grunn av den raske ladningen, fordi batteriet vil ha en deformasjon under lading og utlading, det vil ha en belastning, som vil forårsake plutselig forringelse av mikrokortslutning, som menneskelige blodårer Plaketten inni, plutselig er trombosen en presse, hvis vi bruker spenningen og temperaturen, kan det allerede se når det er for sakte, kan det se når det er varmt.

Hvordan gjøre? Vi må bruke denne gasssensoren, som kan gjøre minst 3 minutter i forveien for å utføre termisk ukontrollert advarsel. Kort sagt, vi utvikler en ny generasjon batteristyringssystem basert på disse algoritmene. Den andre delen er den andre mekanismen vi nettopp sa, er den bare kortsluttet? Er det noe varmetap uten intern kortslutning? Faktisk er det ingen intern kortslutning for å ha en termisk ute av kontroll.

Ettersom membranen stadig øker, øker nikkelinnholdet i det treleddede positive elektrodematerialet konstant, dets frigjøringstemperatur synker konstant, det vil si at den termiske stabiliteten til det positive elektrodematerialet blir dårligere, men membranen vår vil bli bedre og bedre, så svak. Linken vil sakte bli et positivt materiale. Dette er eksperimentet vi gjorde, det er ingen kortslutning, det er varmen ute av kontroll, vi fjerner elektrolytten, det er varmen ute av kontroll, og du kan se det fra midten, det er en varmefri pigg, denne er positiv og negativ i ett stykke, helt ferdig Det positive og negative pulveret er plassert i et stykke, det er en dramatisk frigjøringstopp, dette er grunnen til at han trigget. Nærmere bestemt, hvor er den varme toppen? Positivt elektrodemateriale faseendring, fritt oksygen.

Se på toppen av holland, når det positive og negative er kombinert, blir den negative elektroden oksidert. Hvis det ikke er noen topp, er den lukket, beviser at varmen som genereres fra den positive heterogenesen og den negative elektrodereaksjonen. Så hva er denne mekanismen? Det er materialutvekslingen av den positive og negative elektroden, som er den positive enden av oksygenet til den negative elektroden for å danne en dramatisk reaksjon, som førte til at termikken kom ut av kontroll.

Med hensyn til den termiske ut-av-kontroll av den interne kortslutningen, kan vi etablere en modell i henhold til alle bivirkningene bare alle bivirkningene. Gjennom multi-rate skanning av DSC kan reaksjonskonstanten til alle sidereaksjonene beregnes i denne metoden, selvfølgelig gjennom en bestemt metode, til slutt Kombinert med energisparing kan kvalitetsbevaring beregne hele prosessen med den termiske ute av kontroll, og kan godt etterkommes med eksperimentet. På denne måten kan vi utvikle fra relatert erfaring til å utvikle modellbasert design, selvfølgelig er det mange databaser, ingen database er det ikke, dette er reaksjonen av reaksjonen til ulike materialer og forholdet mellom varmen.

Basert på databasen må vi selvfølgelig forbedre materialene, de viktigste forbedringene tror jeg to, en er forbedringen av det positive materialet, en er elektrolytten. Først av alt kan vi øke temperaturen på oksygenet fra polysantial til enkeltkrystall, og det kan sees at egenskapene til termisk ute av kontroll har endret seg. For eksempel bruker vi høykonsentrasjon elektrolytter, det er også en måte.

Selvfølgelig kan alle utforske mer solide elektrolytter. De faste elektrolyttene er svært kompliserte. Vi mener selve kraftfôret har en god egenskap.

For eksempel har dens termiske vekt falt, og den eksoterme kraften har falt. Fra denne midten kan vi se det, og det positive reagerer ikke med elektrolytten, fordi vår nye elektrolysekvalitet er DMC, DMC er 100 grader. Den har blitt fordampet. Dette er hva vi tror at neste trinn av elektrolytt er mer enn bare faste elektrolytter, mer er fra tilsetningen av elektrolytten, høy konsentrasjon elektrolytt, og nye elektrolytter kan være.

Del III, om litiumlitium og ladekontroll. Alle forstår at jeg vil fortelle litium-ion-batteriet. Etter at et batteri vil bli dempet, hva vil den fulle livssyklussikkerheten? Vi har funnet ut at de viktigste faktorene i midten av hele livssyklussikkerheten er å analysere litium, hvis det ikke er status for litium, reduseres batterisikkerheten ikke, den eneste grunnen til forverring er å analysere litium.

Vi kan finne en rekke bevis, for eksempel lav temperatur hurtiglading, lav temperatur hurtiglading, temperaturen på T2 reduseres gradvis, og varmetapet skjedde tidligere, dette er batterikapasitetsdempning, fra 100% til 80%. Åpenbart samsvarer, litisk fra lavtemperaturlading fra det nye batteriet til det gamle batteriet. Den andre er hurtiglading.

Etter hurtigladingen kan man se at temperaturfallet i T2 faller til 100 grader. Fra begynnelsen av det nye batteriet 200 til mer enn 100 grader, skjedde varmetapet tidligere, raskere. Hva er denne grunnen? Det er også litium litium, vi kan se at det er mange litium, og litium har lite betydelig.

Analyse av litium har en stor mengde eksoterm, så det er fortsatt en litium, nedbør litium vil reagere direkte med elektrolytten, forårsaker mye temperaturstigning, kan direkte indusere varmetap. Derfor må vi studere litium, akkurat som kortslutningen i vår studie, hvordan studere litiumstudier? Først kan vi se prosessen med litiumlitium. Dette lader, lading er over, det kan sees at litium begynner å starte, det er en stor del av baksiden, dette er prosessen med litium.

Eksperimentet akkurat nå kan sees fra den røde linjen, dette er det aktiverte litium, reversibelt litium. Det er også en del av døden, reversibelt litium, som kan bygges inn på nytt, og den negative elektroden er overpotensial, og den overdrevne trinnoverelektrisiteten øker til 0, som kan være reversibel til litium. Det døde litiumet kan selvfølgelig ikke hentes.

Dette gir oss en oppfordring. Kan vi passere prosessen med reversibel litium for å oppdage mengden litium, for eksempel, det går tilbake denne prosessen, denne prosessen tilsvarer en plattform på en spenning, vi har simulert, og funnet denne plattformen. Når vi er veldig lave, er det ikke noe fenomen, det er normal spenning å polarisere, nei denne plattformen.

Så denne plattformen er et godt signal, slutten av plattformen kan vi bestemme ved differensiering, dette er slutten av plattformen, som representerer litiummengden, og det er en sammenheng med den totale mengden litium, kan forutsi formelen. Vi fant også ut fra eksperimenter at dette er en ladede, stående prosess. Vi ser også at litiumet kan sees fra midten, dette er resultatet av forsøket.

Så på denne måten kan vi finne det etter å ha ladet det, men dette er et resultat etter ladingen, kan vi ikke la det litium i ferd med å lades? Evne til å håndtere litium så mye som mulig, dette krever selvfølgelig at vi hjelper vår modell. Dette er den forenklede P2D-modellen vi gjorde, du kan se potensialet til den negative elektroden, bare si at det negative elektrodepotensialet og litiumlitium, så lenge vi kontrollerer overpotensialet til den negative elektroden, kan vi garantere litium. Gjennom denne modellen kan du utlede kurven for litiumlading, vi lar det negative elektrodepotensialet ikke være mindre enn null, du kan få den beste ladekurven for litiumlitium.

Vi kan bruke tre-elektroden til å kalibrere denne kurven, som er ladealgoritmen vår. Vi har samarbeidet med selskapet, noe som tydelig kan sees at bruk av denne algoritmen kan fullt ut realisere litium, men dette er en kalibreringsprosess, over tid. Forlengelse av batteriets dempningsytelse kan endres, hva gjør vi, vi må gi tilbakemelding, så vi har gitt tilbakemelding til kontrollalgoritmen for litiumlitium, det vil si at det er en over negativ elektromagnetisk observasjon å observere, Overotisk, dette er observatøren, er faktisk en matematisk modell. Dette ligner veldig på vår SOC, vi har en observatøralgoritme, vi har en tilbakemelding på spenningen, slik at vi kan utføre sanntidskontroll av litiumlading, og vi samarbeider også med selskapet.

I denne prosessen beklager vi fortsatt, kan du bruke sensoren direkte for en negativ effekt? Derfor er videre forskning å utvikle denne overpotensialsensoren. Alle forstår de tradisjonelle tre elektrodene nevnt tidligere. Dens levetid er begrenset, ingen måte å bruke den som en sensor, og vi har nylig blitt samarbeidet med kjemisk system.

Den kjemiske avdelingen Zhang Qiang team, fordi de er et team som er svært relatert erfaring, gjennombrudd på dette området, testlevetiden vår kan være større enn 5 måneder, mer enn 5 måneder bør brukes, fordi vi faktisk Når applikasjonen bare er i hurtigladingen, er den ikke alltid brukt, og det er nok i 5 måneder. Deretter er arbeidet vårt basert på tilbakemeldingsladingskontrollen til den negative overtesteffektsensoren. Den fjerde delen, termisk ute av kontroll, hvis vi ikke jobber foran, er det spredningen av termisk ute av kontroll og vår undertrykkelsesmetode.

Alle forstår at dette mekaniske misbruket direkte gjennomborer eller ekstruderte batteriet umiddelbart dannet en forbrenningseksplosjon, som er spredningsprosessen, dette er spredningen av spredningen vår. Den første er testen av temperaturfeltet. Dette er spredningsprosessen til vår parallelle batteripakke.

Mekanismen for spredning av prosessen er ovenfor. Hvorfor er det en del av seksjonen, for når det første batteriet er termostabilt, vil det kortsluttes, all elektrisitet De kommer hit, så de får spenningen til å falle, men når den først blir brutt, går den tilbake, dette er egenskapene til parallelt varmetap. Dette er en seriebatterigruppe, og seriebatterigruppen er en ren varmeoverføringsprosess.

Dette er en annen situasjon, begynnelsen av ordren, til slutt sprer seg, selvfølgelig, fordi det er en forbrenning i midten, ikke bare varmeoverføring, dette fører umiddelbart til eksplosive ulykker, forbrenningsulykker, etc. Dette er prosessen med hele systemet, hele PACK-utbredelsesprosessen, kommunikasjonen er regelmessig, fra D2 først til U2, D1 er nesten samtidig, deretter andre, dette er i utgangspunktet ikke lenger, fordi det er isolasjon, dette ber om Designet vårt er fortsatt veldig viktig for batteripakker. Derfor er formålet vårt selvfølgelig basert på modellsimuleringsdesign, fordi denne prosessen er veldig komplisert, hvis bare relatert erfaring er veldig vanskelig, er det dette vi gjør.

Alle må vite hvordan man tar parametrene til simuleringen, du kan justere parametrene, men antallet parametere er meningsløst, så vi gjør en detaljert studie i parametere, hvordan man tar parametere er en veldig dyktig prosess, jeg skal ikke gi detaljer her, en rekke metoder. Med denne kalibreringsmodellen kan vi designe, dette er utformingen av varmeisolasjon. Batteriet er bare utilstrekkelig, og det er et kult design.

Det er også noen batteri isolasjon, varmespredning må være alt mulig, dette er brannmuren teknologi utviklet av våre studenter, isolasjon, varmespredning, blokkering gjennom isolasjon, varmespredning, og varme energien, disse to Samarbeid. Dette er mange eksperimenter, dette er eksperimentet med hele batteripakken i naturen, en tradisjonell batteripakke, en batteripakke med brannmur. Batteripakken med brannmurer har nettopp startet dette, røyken er ganske stor, sakte, ingen brenning, ingen varmspredning, tradisjonelle batteripakker for til slutt å danne varmspredning og forbrenning.

Vi kan passere dette, innse det virkelig. Dette handler om dette arbeidet, vi deltar også i en rekke internasjonale reguleringer. Nå som vi har gjort ytterligere denne prosessen er utbrudd, mer komplisert, nå har vi ikke lagt til simuleringen, utbruddsmodellen er selvfølgelig, men den er ikke nøyaktig.

Det kan sees fra eksperimentet at det er fast tilstand, flytende, gassformig tri-tilstand, denne mellomgassen er noen brennbare gasser, som er drivstoff, fast tilstand er noen faste partikler, danner ofte flammer. Hvordan gjøre? Den ene er å samle opp svevestøv, akkurat som en tradisjonell bil, for å fange opp svevestøvet gjennom filteret. Den andre er fortynnet, la den brennbare gassen utenfor brannområdet, det er dette vi gjør nå.

Til slutt skal jeg lage en oppsummering. Det er tre prosesser med termisk ute av kontroll, der de har skjedd. I induksjonen er det forskjellige årsaker til induksjonen, jeg har sagt mye, selvfølgelig, det er en annen del av kollisjonsmaskinen vår, jeg sa ikke, nå er vi foran disse tingene, disse tingene er fortsatt ingen forskrifter er regulert, vi føler at senere er det.

For det andre, termisk ute av kontroll. Vi nevnte tre temperaturer, hvorav tre årsaker vises her. Det er utbrudd og brann inne i batteriet.

Det er viktig å bli bestemt av elektrolyttens tilstand, kokepunktet til elektrolytten. Til slutt spres det, og vi kan spre seg, det er en plutselig spredning, for eksempel en brann, som bryter ut til den fleksible brannen, og til slutt fører til alvorlig brenning, alle problemene vi har vist her er å løse. .