Acadêmico de Ouyang Minggao: Três características e quatro métodos de controle da saída de calor da bateria

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Acadêmico da Academia Chinesa de Ciências, Professor Ouyang Minggao, Universidade Tsinghua, meu país. A segurança da bateria tem um valor de aplicação muito importante no transporte e nas viagens modernas, especialmente na segurança energética, que também é um foco global. O Departamento de Energia dos EUA (DOE) e o Instituto Alemão de Ciências (BMBF) e acadêmicos de renome internacional lançaram um seminário internacional sobre segurança de baterias (IBSW), que continuou em 2015 na Universidade de Munique, na Alemanha, e em 2017 no Experimento Nacional de Sandia, nos Estados Unidos.

Sala, realizou com sucesso o primeiro e o segundo seminários internacionais sobre segurança de baterias (IBSW). Em 7 de outubro de 2019, o 3º Seminário Internacional de Segurança de Baterias foi realizado em Pequim. A Assembleia Geral, organizada pelo Laboratório de Segurança de Baterias da Universidade Tsinghua, teve como tema "baterias mais seguras do que as específicas para veículos elétricos".

Na reunião, o acadêmico da Academia Chinesa de Ciências, Professor Ouyang Minggao, da Universidade Tsinghua, fez o discurso principal e apresentou a "Pesquisa de Segurança da Bateria de Lítio para Motores da Universidade Tsinghua". O conteúdo é organizado da seguinte forma: senhoras, senhores, todos são bons! Eu sou da Universidade de Tsinghua. Primeiramente, apresentamos o novo grupo de pesquisa sobre sistemas de energia da Universidade Tsinghua.

Desde 2001, somos a principal equipe especial de pesquisa e desenvolvimento de veículos nacionais de nova energia, e também a equipe líder na China e nos Estados Unidos. Nossa equipe é importante para diversas pesquisas, incluindo baterias de lítio de energia, baterias de combustível e energia híbrida. Em termos de bateria de lítio, é importante garantir a segurança; é importante garantir a durabilidade das baterias de combustível; em termos de híbrido, é importante garantir o controle de emissões do motor de combustão interna.

Então esses são nossos três pontos focais importantes. Hoje dei a vocês uma introdução importante aos resultados da nossa pesquisa em segurança. O Laboratório de Segurança de Baterias da Universidade Tsinghua foi fundado em 2009.

O foco é a segurança da bateria. Especificamente, o descontrole térmico da bateria. Aqui apresento-nos o progresso da pesquisa sobre o descontrole térmico.

Todos entendem que a segurança é o problema do foco em veículos elétricos, e há vários motivos para causar acidentes de segurança. Uma vez que o descontrole térmico é induzido em uma bateria, todo o sistema da bateria se espalha e, finalmente, o acidente é formado. Estes são alguns dos nossos parceiros em segurança de baterias, incluindo fabricantes de automóveis e baterias de importância internacional, bem como fabricantes de automóveis e baterias importantes na China. Também licenciamos patentes de propriedade intelectual, empresas nacionais e estrangeiras, etc.

Este é o nosso laboratório de segurança de baterias. Ontem, muitos participantes visitaram nosso laboratório. Sejam todos bem-vindos para visitar e trocar ideias.

Há uma série de métodos de teste em nossos laboratórios de segurança de baterias, que é um experimento térmico mais distinto de descontrole com ARC para aquecimento descontrolado. Somos a unidade mundial de experimentos ARC em baterias de lítio de grande capacidade. Após um grande número de estudos experimentais, resumimos três características de descontrole térmico da bateria: temperatura de partida automática a quente T1, gatilho de descontrole térmico T2, temperatura máxima de descontrole térmico T3. Também fizemos muitos tipos de testes de bateria de lítio de potência, de acordo com essa lei.

O T2 é o mais crítico, o que reage T1 é mais claro, geralmente o filme SEI começa, T3 depende de toda a entalpia de reação, T2 não é muito claro, mas também é o mais crítico, por que há um aumento lento? O calor causará repentinamente um aquecimento acentuado, e a taxa de elevação pode atingir 1000 graus por segundo ou mais, o que é a chave para a causa do calor. Portanto, através da exploração do T2, há três razões importantes. O primeiro é mais claro: é um curto-circuito interno.

Em última análise, está relacionado ao diafragma, que está em curto-circuito. Há também uma liberação de material positivo recentemente ilícita de oxigênio, o lítio, que resume o limite positivo de oxigênio, o lítio negativo, o colapso do diafragma, essas três razões são, em última análise, a principal razão para a formação de T2. Abaixo, apresentei os três mecanismos mencionados anteriormente sobre o mecanismo e o progresso do controle térmico fora de controle, incluindo o primeiro, curto-circuito interno e o curto-circuito do nosso controle, que é o BMS.

Segundo, o descontrole térmico e o design térmico da bateria causados ​​pelo limite positivo. Terceiro, o termostato causado pela reação vigorosa do lítio e do eletrólito e nosso controle de carga. Se as três tecnologias forem utilizadas, o problema de descontrole térmico poderá ser resolvido.

Temos o último truque, que é suprimir a propagação do calor. Precisamos entender a lei da propagação térmica, ao mesmo tempo em que suprimimos a propagação térmica e, por fim, evitamos acidentes de segurança. Deixe-me apresentar a vocês esses quatro aspectos: primeiro, curto-circuito e BMS. É mais claro que razões mecânicas, como colisão, mecânica e, finalmente, o rompimento do diafragma, ou a razão para eletricidade, sobrecarga de carga, ramificação de cristal de lítio, perfuração dendrítica ou superaquecimento, é claro, acabarão superaquecendo, o superaquecimento pode levar ao colapso do diafragma, todas as razões estão relacionadas ao curto-circuito, mas não é o mesmo, o processo de evolução é diferente, mas durará até a queda do diafragma e o derretimento do diafragma.

Então usamos o calorímetro de aquecimento e o DSC, um é para explicar seu mecanismo a partir da exotermia do material, um é para aquecer toda a bateria única a partir da transferência de calor de toda a bateria única e colocar o material de calcanhar experimental fora de controle térmico. O caráter térmico é analisado, que é o mecanismo de controle térmico fora de controle depois que estivermos rotineiros. Podemos ver que o derretimento do diafragma pode causar curtos-circuitos internos, aumentando a temperatura, e as falhas do diafragma formarão T2, levando diretamente a temperatura ao descontrole, este é um motivo mais comum. Também usamos muitos outros meios auxiliares, incluindo vários métodos de análise de materiais e um método de peso térmico e espectrometria de massa para analisar várias substâncias.

Este é o nosso método básico de análise, você pode analisar uma variedade de baterias e vários mecanismos. Este é o primeiro, e também é um tipo de método térmico fora de controle, não importa o que aconteça, podemos fazer muito trabalho do ponto de vista do design, não muito fino, mas a resistência é suficiente, mas no meio há um problema comum de curto-circuito, então devemos evitar curtos-circuitos internos, temos que estudar o curto-circuito, experimentos de curto-circuito são relativamente complexos, sem normas maduras, então inventamos uma nova abordagem. É implantar a bateria com liga de memória, aquecendo a uma certa temperatura, deixar a liga de memória afiada bruscamente, disparar o calor fora de controle. Da literatura e de nossas próprias pesquisas, existem quatro tipos de curtos-circuitos internos importantes.

Alguns curtos-circuitos podem levar imediatamente ao descontrole térmico, mas alguns curtos-circuitos evoluem lentamente, e alguns curtos-circuitos podem não ser perigosos, mas alguns curtos-circuitos serão muito perigosos, e alguns curtos-circuitos são sempre lentos, e há alguns curtos-circuitos internos, desde a desaceleração até as mutações, existem vários tipos. Para esse fim, também conduzimos algumas análises de simulação, das quais não entrarei em detalhes aqui. Resumindo, finalmente descobrimos que a evolução dos curtos-circuitos no tipo de evolução foi a queda de tensão, o primeiro processo importante é a queda de tensão.

Haverá aumento de temperatura na segunda parte e, finalmente, formação de calor fora de controle. Então, sobre essa lentidão, devemos em seu primeiro processo, ou seja, o estágio de queda de tensão é detectá-la para solucionar problemas, pegá-la, para evitar que se deteriore ainda mais, este é o nosso Algoritmo de detecção de curto-circuito interno, este é um algoritmo para o conjunto de baterias em série, incluindo o primeiro é analisado a partir da consistência da tensão, e a tensão da bateria cai, indicando que esta bateria pode ter um curto-circuito interno. Mas se você não puder confirmar, vamos adicionar a temperatura.

Se você mudou após a evolução, adicionamos o sensor de gás combustível, então há uma maneira de desacelerar a mutação. Por exemplo, a identificação de consistência da tensão do conjunto de baterias em série, não introduzo o algoritmo específico. Você pode ver claramente que a bateria com baixa voltagem pode ser óbvia.

Claro, temos que conduzir uma série de métodos de engenharia, e há um algoritmo simples que não é suficiente. Também é necessário reunir a experiência relevante de muitos projetos para julgar, este é o banco de dados, por isso optamos por cooperar com a empresa. Resumindo, podemos evitar bem essa área, como um microcurto-circuito, por causa da carga rápida, porque a bateria terá uma deformação durante a carga e descarga, ela terá uma tensão, o que causará deterioração repentina do microcurto-circuito, como os vasos sanguíneos humanos A placa interna, de repente a trombose é uma pressão, se usarmos a voltagem e a temperatura, é muito lento, não dá para ver, já está quente quando você vê.

Como fazer? Devemos usar este sensor de gás, que pode fazer pelo menos 3 minutos de antecedência para executar o aviso de descontrole térmico. Resumindo, desenvolvemos um sistema de gerenciamento de baterias de nova geração com base nesses algoritmos. A segunda parte é o segundo mecanismo que acabamos de dizer, é apenas um curto-circuito? Há alguma perda de calor sem curto-circuito interno? Na verdade, não há curto-circuito interno para ter um térmico fora de controle.

À medida que o diafragma aumenta constantemente, o teor de níquel do material de três membros do eletrodo positivo aumenta constantemente, sua temperatura de liberação diminui constantemente, ou seja, a estabilidade térmica do material do eletrodo positivo piora, mas nosso diafragma ficará cada vez melhor, então o elo fraco lentamente se tornará um material positivo. Este é o experimento que fizemos, não há curto-circuito, há calor fora de controle, removemos o eletrólito, há calor fora de controle, e você pode ver do meio, há um pico sem calor, isso é positivo e negativo em uma única peça, totalmente concluído. O pó positivo e negativo é colocado em uma peça, há um pico de liberação dramático, esta é a razão pela qual ele disparou. Especificamente, onde está o pico quente? Mudança de fase do material do eletrodo positivo, oxigênio livre.

Observe o pico da Holanda, quando o positivo e o negativo são combinados, o eletrodo negativo é oxidado. Se não houver pico, ele é fechado, o que prova que o calor é gerado pela heterogênese positiva e pela reação do eletrodo negativo. Então, qual é esse mecanismo? É a troca de material do eletrodo positivo e negativo, que é a extremidade positiva do oxigênio para o eletrodo negativo para formar uma reação dramática, que causou o descontrole térmico.

Em relação ao descontrole térmico do curto-circuito interno, podemos estabelecer um modelo de acordo com todos os efeitos colaterais, apenas todos os efeitos colaterais. Por meio da varredura de múltiplas taxas do DSC, a constante de reação de todas as reações secundárias pode ser calculada neste método, é claro, por meio de um determinado método, finalmente combinado com a conservação de energia, a conservação de qualidade pode calcular o processo completo do descontrole térmico e pode ser bem cumprido com o experimento. Dessa forma, podemos desenvolver a partir da experiência relacionada o projeto baseado em modelos, é claro, existem muitos bancos de dados, não há banco de dados, esta é a reação da reação de vários materiais e a relação do calor.

Com base no banco de dados, é claro que precisamos melhorar os materiais. Acho que as principais melhorias são duas: uma é a melhoria do material positivo e a outra é o eletrólito. Primeiro, podemos aumentar a temperatura do oxigênio de polissantial para monocristal, e podemos ver que as características do descontrole térmico mudaram. Por exemplo, usamos eletrólitos de alta concentração, também é uma maneira.

Claro, todos podem explorar eletrólitos mais sólidos. Os eletrólitos sólidos são muito complicados. Acreditamos que o concentrado em si tem uma boa característica.

Por exemplo, seu peso térmico caiu, e sua potência exotérmica caiu. Deste meio podemos ver, e o positivo não reage com o eletrólito, porque nossa nova qualidade de eletrólise é DMC, DMC está a 100 graus. Ele foi evaporado. Acreditamos que o próximo passo do eletrólito é mais do que apenas eletrólitos sólidos, mais é a partir da adição do eletrólito, eletrólito de alta concentração, e novos eletrólitos podem ser.

Parte III, sobre lítio e controle de carga. Todos entendem que vou falar da bateria de íons de lítio. Depois que uma bateria for atenuada, qual será a segurança do ciclo de vida completo? Descobrimos que os fatores mais importantes no meio da segurança do ciclo de vida completo é analisar o lítio, se não houver status de segurança da bateria decrescente de lítio não se deteriora, a única razão para deteriorá-la é analisar o lítio.

Podemos encontrar uma série de evidências, como carga rápida em baixa temperatura, carga rápida em baixa temperatura, a temperatura do T2 diminui gradualmente e a perda de calor ocorre mais cedo, esta é a atenuação da capacidade da bateria, de 100% a 80%. Corresponde obviamente, liticamente, ao carregamento em baixa temperatura da bateria nova para a bateria antiga. A outra é o carregamento rápido.

Após a carga rápida, pode-se observar que a queda de temperatura em T2 caiu para 100 graus. Do início da bateria nova de 200 a mais de 100 graus, a perda de calor ocorreu mais cedo e mais rápido. Qual é essa razão? Também é lítio lítio, podemos ver que há muitos lítios, e o lítio tem pouco significativamente.

A análise do lítio tem uma grande quantidade de exotermia, então ainda é um lítio; a precipitação do lítio reagirá diretamente com o eletrólito, causando um grande aumento de temperatura, podendo induzir diretamente a perda de calor. Portanto, devemos estudar o lítio, assim como o curto-circuito em nosso estudo, como estudar estudos de lítio? Primeiro podemos ver o processo de lítio lítio. Isso é carregamento, o carregamento acabou, pode-se ver que o lítio está começando a sair, há uma grande parte das costas, esse é o processo do lítio.

O experimento agora pode ser visto na Linha Vermelha, este é o lítio ativado, lítio reversível. Há também uma parte da morte, o lítio reversível, pode ser reinserido, e o eletrodo negativo é sobrepotencial, e a sobreeletricidade do estágio excessivo aumenta para 0, o que pode ser reversível para o lítio. É claro que o lítio morto não pode ser recuperado.

Isso nos dá um prompt. Podemos passar pelo processo de lítio reversível para detectar a quantidade de lítio, por exemplo, ele está voltando esse processo, esse processo corresponde a uma plataforma em uma tensão, nós simulamos e encontramos essa plataforma. Quando estamos muito baixos, não há fenômeno algum, é normal a voltagem polarizar, não nesta plataforma.

Então, essa plataforma é um bom sinal, o fim da plataforma podemos determinar por diferenciação, esse é o fim da plataforma, representando a quantidade de lítio, e há uma relação com a quantidade total de lítio, podemos prever a fórmula. Também descobrimos por meio de experimentos que esse é um processo de carga e parada. Também vemos que o lítio pode ser visto do meio, este é o resultado do experimento.

Então, dessa forma, podemos encontrá-lo após carregá-lo, mas esse é um resultado após a carga, não podemos deixá-lo lítio no processo de carregamento? Capacidade de lidar com lítio tanto quanto possível, é claro, isso requer que ajudemos nosso modelo. Este é o modelo P2D simplificado que fizemos, você pode ver o potencial do eletrodo negativo, basta dizer que o potencial do eletrodo negativo e o lítio são lítio, desde que controlemos o sobrepotencial do eletrodo negativo, podemos garantir o lítio. Por meio deste modelo, você pode derivar a curva de carga do lítio. Deixamos o potencial do eletrodo negativo não ser menor que zero e você pode obter a melhor curva de carga para o lítio.

Podemos usar os três eletrodos para calibrar essa curva, que é nosso algoritmo de carregamento. Cooperamos com a empresa, o que pode ser visto claramente que o uso deste algoritmo pode realizar totalmente o lítio, mas este é um processo de calibração, ao longo do tempo, a extensão do desempenho de atenuação da bateria é mutável, o que fazemos, temos que dar feedback, então demos feedback ao algoritmo de controle para lítio, ou seja, há um observador para observar a sobreeletricidade do eletrodo negativo, esta é uma observação negativa Overotic, este é o observador, na verdade é um modelo matemático. Isso é muito semelhante ao nosso SOC, temos um algoritmo de observação, temos um feedback sobre a voltagem, para que possamos realizar o controle em tempo real do carregamento de lítio, e também cooperamos com a empresa.

Neste processo, ainda temos alguns arrependimentos, você pode usar o sensor diretamente para uma potência negativa? Portanto, mais pesquisas são para desenvolver este sensor de sobrepotencial. Todo mundo entende os três eletrodos tradicionais mencionados anteriormente. Sua vida útil é limitada, não há como usá-lo como sensor e recentemente cooperamos com um sistema químico.

A equipe do departamento químico Zhang Qiang, por ser uma equipe com muita experiência e inovação nessa área, nossa vida útil de teste pode ser maior que 5 meses, mais de 5 meses devem ser usados, porque na verdade, quando a aplicação está apenas na carga rápida, ela nem sempre é usada, e é suficiente para 5 meses. Em seguida, nosso trabalho é baseado no controle de carga de feedback do sensor de potência de sobreteste negativo. A quarta parte, o descontrole térmico, se não trabalharmos na frente, é a propagação do descontrole térmico e nosso método de supressão.

Todos entendem que esse abuso mecânico perfura ou extruda diretamente a bateria, formando imediatamente uma explosão de combustão, que é o processo de propagação, essa é a propagação da nossa propagação. O primeiro é o teste do campo de temperatura. Este é o processo de propagação do nosso conjunto de baterias paralelas.

O mecanismo de propagação do processo está acima. Por que é uma seção da seção, porque quando a primeira bateria é termoestável, ela entra em curto, toda a eletricidade vem aqui, então eles fazem a voltagem cair, mas uma vez que ela é quebrada, ela volta, essas são as características da perda de calor paralela. Este é um grupo de baterias em série, e o grupo de baterias em série é puramente um processo de transferência de calor.

Essa é outra situação, o início da ordem, finalmente se espalha, é claro, porque há uma combustão no meio, não apenas transferência de calor, isso imediatamente leva a acidentes explosivos, acidentes de combustão, etc. Este é o processo de todo o sistema, todo o processo de propagação do PACK, sua comunicação é regular, de D2 primeiro para U2, D1 é quase simultâneo, depois outro, isso basicamente não é mais, porque há isolamento, isso faz com que nosso design ainda seja muito importante para baterias. Portanto, nosso propósito é, naturalmente, baseado no design de simulação de modelos, porque esse processo é muito complicado, se apenas a experiência relacionada for muito difícil, é isso que fazemos.

Todos devem saber como obter os parâmetros da simulação. Você pode ajustar os parâmetros, mas o número de parâmetros não tem importância. Então, fazemos um estudo detalhado dos parâmetros. Como obter parâmetros é um processo muito habilidoso. Não vou detalhar aqui, mas sim uma série de métodos. Com este modelo de calibração, podemos projetar, este é o projeto de isolamento térmico. A bateria é insuficiente e o design é bacana.

Há também algum isolamento de bateria, a dissipação de calor deve ser toda possível, esta é a tecnologia de firewall desenvolvida por nossos alunos, isolamento, dissipação de calor, bloqueio através do isolamento, dissipação de calor e aquecimento da energia, estas duas Cooperações. São muitos experimentos, esse é o experimento de todo o conjunto de baterias em estado selvagem, um conjunto de baterias tradicional, um conjunto de baterias com firewall. O conjunto de baterias com firewalls começou assim, a fumaça é bem grande, lenta, sem queima, sem propagação de calor, conjuntos de baterias tradicionais finalmente formam propagação de calor e combustão.

Podemos passar por isso, perceber isso de verdade. É sobre esse trabalho que também participamos de uma série de regulamentações internacionais. Agora que avançamos nesse processo, a erupção ficou mais complicada. Agora que não adicionamos nada à simulação, o modelo de erupção é claro, mas não é preciso.

Pode-se observar no experimento que há estado sólido, líquido e gasoso tri-estado, este gasoso intermediário é composto por alguns gases combustíveis, que são combustíveis, e o estado sólido é composto por algumas partículas sólidas, que geralmente formam chamas. Como fazer? Uma é coletar material particulado, assim como um carro tradicional, para capturar o material particulado através do filtro. O outro é diluído, deixando o gás combustível além do seu alcance de fogo, é isso que estamos fazendo agora.

Por fim, farei um resumo. Existem três processos de descontrole térmico nos quais eles ocorreram. Na indução, há várias razões na indução, eu disse muito, é claro, há outra parte da nossa máquina de colisão, eu não disse, agora estamos na frente dessas coisas, essas coisas ainda estão. Nenhuma regulamentação é regulamentada, sentimos que mais tarde é.

Segundo, descontrole térmico. Mencionamos três temperaturas, das quais três razões são mostradas aqui. Há erupção e incêndio dentro da bateria.

É importante ser determinado pelo estado do eletrólito, o ponto de ebulição do eletrólito. Finalmente, ele se espalha, e podemos espalhar, há uma propagação repentina, como um incêndio, que está em erupção para o fogo flexível, e finalmente leva a queimaduras graves, todos os problemas que mostramos aqui são para resolver. .