Emballement thermique d'une batterie au lithium-ion

Emballement thermique d'une batterie au lithium-ion

1.Classification des causes d'accident d'emballement thermique

Il existe de nombreuses raisons de déclencher l'accident d'emballement thermique d'une batterie au lithium-ion. En fonction des caractéristiques du déclenchement, on peut les diviser en trois catégories : déclenchement mécanique, déclenchement électrique et déclenchement thermique. Les trois types de formes de déclenchement ont certaines relations internes. En général, le déclenchement mécanique provoque un court-circuit et un déclenchement électrique, tandis que la production de chaleur du déclenchement électrique provoque un déclenchement thermique, et l'emballement thermique provoqué par le déclenchement thermique est au cœur du déclenchement accidentel. L'analyse du mécanisme des autres formes de déclenchement ne peut être séparée de l'étude du mécanisme de déclenchement thermique.

Le déclenchement mécanique comprend l'écrasement, la pénétration d'un ongle, la chute, etc., qui est principalement caractérisé par la déformation de la batterie sous l'effet de la force ; le déclenchement électrique comprend le court-circuit externe, le court-circuit interne, la surcharge, la surdécharge, etc. La principale caractéristique est qu'il y a un flux de courant pendant le processus de déclenchement ; le déclenchement thermique comprend le chauffage anormal, le chauffage par flamme, etc. La principale caractéristique est que la batterie absorbe continuellement la chaleur de l'environnement et que la température augmente. La norme d'essai de sécurité spécifie les facteurs détaillés de déclenchement d'accident obtenus à partir de l'analyse des accidents. La probabilité de déclenchement d'accidents des batteries qui ont passé la norme d'essai de sécurité a également été considérablement réduite. La cause du déclenchement de l'accident peut être différente de celle spécifiée dans la norme d'essai de sécurité. Cela explique pourquoi le système de batteries d'alimentation qui a passé la norme d'essai de sécurité peut encore avoir des accidents.

2.Expansion de l'emballement thermique dans le système de batterie

2.1 Risques liés à l'expansion incontrôlée de l'emballement thermique

Après le déclenchement de l'emballement thermique, la chaleur libérée après l'emballement thermique du monomère local se propage aux alentours, ce qui peut chauffer les batteries environnantes et provoquer l'emballement thermique des batteries environnantes, également connu sous le nom d'" expansion " de l'emballement thermique dans le bloc-batterie. L'énergie libérée par l'emballement thermique d'une seule batterie est limitée, mais si la réaction en chaîne provoque l'expansion de l'emballement thermique, l'énergie de l'ensemble de la batterie sera libérée par l'emballement thermique, ce qui causera de graves dommages. Pour le système de batterie d'un véhicule électrique pur de 60 kW/h, si tous les monomères libèrent toute l'énergie due à l'expansion incontrôlée de la chaleur, cela équivaudra à libérer 90 kg d'énergie équivalente à celle de la TNT. En d'autres termes, l'emballement de l'expansion thermique causera de graves dommages. Il est donc nécessaire d'empêcher l'expansion de l'emballement thermique et de limiter l'emballement thermique à certains monomères.

2.2 Mécanisme de l'emballement thermique

Du point de vue de la conservation de l'énergie, lorsque la puissance de chauffage causée par l'expansion de l'emballement thermique de la batterie environnante du monomère d'emballement thermique est supérieure à sa propre puissance de dissipation de la chaleur, la température de la batterie environnante chauffée augmentera et le déclenchement de l'emballement thermique se produira. Dans le module de batterie, il existe trois voies principales possibles pour le transfert de chaleur dans le processus d'expansion de l'emballement thermique :

1) Conduction de la chaleur entre les batteries adjacentes ;

2) Conduction de la chaleur à travers le pôle de la batterie ;

3) La combustion de la batterie environnante causée par l'incendie d'une seule batterie.

Les deux voies de conduction thermique de l'enveloppe et du pôle agissent principalement entre les cellules adjacentes, ce qui est facile à analyser et à contrôler. Pour les cellules carrées, lorsque le contact entre l'enveloppe et la coque est bon, la conduction thermique à travers l'enveloppe est beaucoup plus importante que celle du pôle. Pour les modules de batterie cylindriques, le transfert de chaleur entre le monomère et le monomère peut également nécessiter de prendre en compte l'influence du rayonnement thermique. Cependant, la cuisson au feu peut agir sur les batteries adjacentes ainsi que sur les accessoires du système de batterie environnant, il sera donc plus complexe et plus difficile d'évaluer les dommages causés au système de batterie.

Certaines études ont montré que la chaleur dégagée par la batterie en feu est supérieure à la chaleur dégagée par un simple emballement thermique lorsque la batterie n'est pas en feu. Après un incendie, la flamme se fixe généralement autour du corps de la valve de la batterie en emballement thermique. En même temps, comme la température de la flamme extérieure est la plus élevée, la batterie et les accessoires situés dans le sens d'ouverture du corps de vanne sont les plus chauffés. En outre, du point de vue de la conception, le système de batterie lui-même présente un certain degré d'étanchéité, et le gaz à haute température généré par l'emballement thermique ne peut pas se diffuser à temps, et peut également chauffer les batteries environnantes.

2.3 Contradiction entre la prévention et la conception

Selon le mécanisme de l'emballement thermique, nous pouvons concevoir un système ciblé pour prévenir l'emballement thermique.

Tout d'abord, il est nécessaire d'empêcher l'apparition d'une flamme. La direction de la génération de la flamme peut être guidée par la conception de la direction d'injection du corps de la valve ; un agent extincteur peut également être ajouté pour éteindre le feu. Bien entendu, le système de batterie d'alimentation a passé la norme de test de sécurité. La probabilité d'apparition d'une flamme a été réduite ; en même temps, la bonne étanchéité du système de batterie d'énergie rend la teneur en oxygène interne du système de batterie insuffisante, ce qui n'est pas propice à la formation et au développement d'une flamme.

Deuxièmement, l'impact de la diffusion de gaz à haute température sur d'autres composants du système de batterie doit être pris en compte. Certaines batteries ont des systèmes qui peuvent évacuer les gaz à haute température à temps.

En même temps, la voie de transfert de chaleur entre les cellules doit être correctement bloquée, comme la couche d'isolation thermique entre les cellules individuelles. Il convient de noter que dans la gestion thermique, des espaces d'air peuvent être réservés entre les coques des batteries pour refroidir l'air et séparer les batteries adjacentes. Cependant, dans le processus d'emballement thermique, la batterie emballement thermique se dilate et l'espace d'air disparaît en raison de la dilatation de la batterie. À ce moment-là, le transfert de chaleur entre la batterie et la batterie est encore rapide. Il n'est pas possible d'empêcher l'expansion incontrôlée de la chaleur en réservant simplement un espace d'air.

En outre, la dissipation thermique interne du système de batterie peut être améliorée après le déclenchement de l'emballement thermique du monomère ; décharger la batterie autour de la batterie défectueuse ; remplir des matériaux à changement de phase entre les batteries pour absorber la chaleur et d'autres méthodes pour inhiber l'expansion de l'emballement thermique.

Cependant, il existe certaines contradictions entre la conception de la prévention de l'emballement thermique et la conception d'autres fonctions du système de batterie. La méthode consistant à bloquer la voie de transfert de chaleur peut conduire à l'intensification de la non-uniformité de la température interne du bloc-batterie, ce qui est en contradiction avec l'objectif de cohérence de la température dans la conception de la gestion thermique du bloc-batterie. En outre, l'ajout de mesures d'extinction d'incendie, d'échappement, d'isolation thermique et autres réduira l'énergie spécifique du système de batterie et augmentera le coût de conception du système de batterie. L'une des questions importantes de la conception de la sécurité du système de batteries est de savoir comment configurer raisonnablement les mesures de sécurité pour empêcher l'apparition d'un emballement de l'expansion thermique, tout en tenant compte des indicateurs de performance et des coûts de conception du système de batteries.

3.Conclusion

La batterie lithium-ion existante a passé le test de la norme de sécurité et le système de batterie est doté des mesures de sécurité correspondantes. La sécurité de son système de batterie a été considérablement améliorée. Cependant, bien que les dangers causés par les accidents de sécurité existants soient limités, avec l'amélioration de l'énergie spécifique des batteries au lithium-ion, les dangers causés par un seul accident de sécurité augmenteront ; la popularisation à grande échelle des véhicules électriques augmentera également la fréquence des accidents de sécurité. Les fabricants concernés doivent prêter attention à la sécurité du système de batterie lithium-ion et ne doivent pas réduire les coûts de production en sacrifiant la sécurité du système de batterie. En effet, un accident de sécurité se produit tous les jours, mettant en danger la vie et la sécurité des biens des consommateurs, et signifiant bien sûr aussi la perte de réputation des produits des entreprises.