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Sécurité des batteries au lithium des véhicules électriques - Emballement thermique

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Sécurité des batteries au lithium des véhicules électriques - Emballement thermique

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La principale raison des incendies de véhicules électriques est l'incendie de la batterie, qui est principalement causé par l'emballement thermique de la batterie. L'emballement thermique fait référence à l'échauffement des batteries d'alimentation pendant leur fonctionnement. Lorsque la température de la batterie est trop élevée ou que la tension de charge est trop forte, une chaîne de réactions chimiques se produit à l'intérieur de la batterie, provoquant une forte augmentation de la pression et de la température internes, ce qui entraîne un emballement thermique et, finalement, une combustion.

L'emballement thermique des batteries peut avoir plusieurs causes : température inégale du bloc-batterie lui-même, température élevée dans les zones locales, courts-circuits externes, courts-circuits internes et autres raisons susceptibles de provoquer l'allumage. La conception du séparateur est l'un des facteurs importants qui influencent l'apparition de courts-circuits internes dans les batteries. Si la marge de conception de la membrane est insuffisante ou si la direction de conception est incorrecte, cela affectera la ductilité mécanique et la flexibilité de la membrane, ce qui entraînera un rétrécissement pendant le processus de charge, puis les pôles positif et négatif entreront en contact l'un avec l'autre, ce qui provoquera un court-circuit.

Dans le même temps, le processus de production n'est pas strictement contrôlé, et des particules métalliques sont mélangées aux éléments de la batterie. Ces impuretés peuvent provoquer des réactions différentielles à la surface des électrodes au cours des processus de charge et de décharge, qui peuvent s'accumuler et percer le diaphragme, ce qui entraîne des courts-circuits. Lorsqu'un élément de la batterie rencontre un problème, tel qu'un court-circuit, un circuit ouvert, etc., il affecte les autres éléments de la batterie, ce qui entraîne de graves problèmes internes et, en fin de compte, des problèmes de sécurité.

1 Système de gestion de la batterie

Les véhicules électriques contiennent une grande quantité de batteries au lithium, et si l'un des maillons n'est pas bien entretenu, une réaction en chaîne se produira. Hormis les efforts des fabricants de batteries et des sociétés de recharge, la responsabilité que les fabricants de véhicules doivent réellement assumer n'est pas mince. En effet, le système de gestion de la batterie (BMS) est un élément important de l'architecture globale des véhicules électriques, et ces derniers sont actuellement conçus par le constructeur automobile. Le système de gestion de la batterie est situé au cœur du système de la batterie d'alimentation et constitue un composant essentiel pour la protection et la gestion de la batterie. Le BMS assure non seulement l'utilisation sûre et fiable de la batterie, mais il contrôle également la charge et la décharge du bloc-batterie et transmet au contrôleur du véhicule les paramètres de base et les informations sur les défaillances du système de batterie d'alimentation. On peut dire qu'il s'agit d'un pont entre la batterie, le contrôleur du véhicule et le conducteur.

Le système de gestion thermique est important dans le BMS, et son principe de fonctionnement de base est de maintenir la température du bloc-batterie dans une certaine plage de température par refroidissement ou chauffage afin de garantir les performances et la durée de vie des cellules de la batterie. Le système de gestion thermique est principalement divisé en trois catégories : le système de chauffage, le système de refroidissement par air et le système de refroidissement par eau. Les différents schémas de conception ont des principes de fonctionnement différents, mais il existe un risque d'emballement thermique du bloc-batterie.

Tout d'abord, le système refroidi à l'eau est une méthode de gestion thermique qui réduit la température des cellules de la batterie en échangeant de la chaleur par convection liquide. Cependant, la plaque refroidie à l'eau est généralement située au bas du bloc-batterie et est placée sur le châssis du véhicule. Des impacts anormaux, des rayures sur le fond ou une défaillance de fiabilité à long terme de la structure de conception refroidie par eau au cours d'un fonctionnement à long terme peuvent provoquer une fuite de liquide de refroidissement, entraînant une défaillance de l'isolation du bloc-batterie et un emballement thermique de l'ensemble du véhicule.

Deuxièmement, le système de refroidissement par air est une méthode de gestion thermique qui utilise l'air comme milieu et la convection thermique pour réduire la température des cellules de la batterie. Cependant, le refroidissement par air peut rendre plus difficile l'étanchéité du système de batterie. Au cours du fonctionnement à long terme du véhicule, la structure d'étanchéité est défaillante, ce qui présente un risque d'emballement thermique dû à l'infiltration d'eau et à une défaillance de l'isolation pendant la conduite par temps nuageux et pluvieux. Enfin, pour les véhicules électriques principalement utilisés dans les régions froides, un système de chauffage est utilisé, qui utilise un film chauffant pour chauffer le bloc-batterie et le maintenir dans une plage de température de fonctionnement raisonnable, assurant ainsi la performance des cellules de la batterie. La conception déraisonnable de la puissance de chauffage ou du schéma d'assemblage du film chauffant, ou son manque de fiabilité à long terme, peut également entraîner une défaillance de l'isolation du bloc-batterie, ce qui peut conduire à un emballement thermique.

2 Matériaux de la batterie

À l'heure actuelle, il existe des solutions techniques à ces problèmes de gestion thermique, et la question de savoir si ces problèmes peuvent être résolus efficacement est un indicateur reflétant la technologie de progrès de chaque fabricant. Afin de résoudre le problème de l'autonomie des véhicules électriques, l'amélioration du rapport énergétique des batteries de puissance est une voie de développement nécessaire. Pour améliorer le rapport énergétique, il est nécessaire d'ajuster la proportion de matériaux liés aux batteries au lithium.

À l'heure actuelle, la plupart des batteries électriques pour voitures particulières utilisent un système ternaire, ce qui signifie que le matériau de l'électrode positive est de l'oxyde de manganèse lithium-nickel-cobalt ou de l'oxyde d'aluminium lithium-nickel-cobalt. En fonction des différents ratios de nickel, de cobalt et de manganèse, elles peuvent être divisées en 111, 532, 622 et 811 types. Si la proportion de nickel continue d'augmenter, le rapport énergétique de la batterie de puissance augmentera également, ce qui signifie que l'autonomie de la voiture augmentera en conséquence. Pour les piles au lithium, la sécurité, la durée de vie, le coût et la densité énergétique sont en équilibre dynamique. Si la densité énergétique augmente, les trois autres aspects rencontreront inévitablement des problèmes.

Plus le taux de nickel est élevé, plus la stabilité thermique de l'ensemble du matériau de l'électrode positive est faible. Les piles à forte teneur en nickel peuvent présenter des risques pour la sécurité lorsqu'elles sont exposées à des températures élevées, à des chocs externes et à d'autres facteurs. La production de gaz pendant la charge des piles à forte teneur en nickel peut également provoquer un gonflement de la pile, ce qui constitue un problème majeur. En même temps, lorsque la batterie 811 subit un emballement thermique, les conséquences sont également très graves.

Dans le passé, l'emballement thermique des piles au phosphate de fer lithié n'entraînait que de la fumée ; la pile au lithium ternaire de type 532 peut connaître une combustion en raison de l'emballement thermique. Une fois que la batterie ternaire de type 811 perd son contrôle thermique, elle est susceptible de détoner. La recherche d'une densité énergétique élevée est inévitable pour le développement. Mais pour le développement de batteries à haute énergie spécifique pour les véhicules électriques, la sécurité sera toujours la priorité absolue.

3 Sécurité des batteries de véhicules électriques

La sécurité des véhicules électriques n'est pas l'affaire d'une ou deux entreprises, ou d'un ou deux maillons. Il s'agit d'une corde que chaque entreprise, du niveau réglementaire à l'ensemble de la chaîne industrielle, doit fermement serrer. La priorité est que le produit satisfasse aux normes. Lors des accidents précédents, les produits des véhicules électriques ont connu plus ou moins de problèmes. Insuffisance des essais et de la vérification des batteries, détérioration de la fiabilité pendant l'utilisation du véhicule et faible niveau de la technologie de gestion de la sécurité de la charge.

L'aspect le plus remarquable est que le concept de temps de fuite a été proposé pour la première fois dans les normes nationales obligatoires pertinentes. Selon la réglementation, le bloc-batterie ou le système doit émettre un signal d'alarme thermique (servant d'alarme thermique du véhicule pour rappeler aux passagers d'évacuer) 5 minutes avant qu'un emballement thermique d'une seule batterie ne provoque une diffusion thermique et ne présente un danger pour l'habitacle.

Une fois le signal d'alarme émis, les occupants du véhicule ont suffisamment de temps pour s'échapper, ce qui minimise les risques pour leur sécurité personnelle. L'option la plus impuissante est de signaler un danger, et la meilleure stratégie est d'étouffer le danger dans l'œuf. Dans des conditions de travail complexes, les batteries des véhicules électriques rencontrent inévitablement des problèmes au fil du temps. Il est donc urgent de surveiller de manière proactive la sécurité des véhicules électriques.

À l'heure actuelle, les véhicules électriques et les véhicules à carburant utilisent le même système d'essai, mais il n'existe pas d'essais sur l'ensemble du cycle de vie des véhicules électriques dans le monde. Il est donc difficile pour les véhicules électriques de détecter à temps des problèmes mineurs après une utilisation prolongée. Le Thousand Mile Embankment a été détruit par une colonie de fourmis et, avec le temps, les problèmes de sécurité finiront par apparaître.

Plusieurs centrales au lithium ont demandé la mise en place d'un système d'essai normalisé pour les véhicules à énergie nouvelle, exigeant qu'ils soient soumis à des tests professionnels standardisés. Contrairement aux véhicules à essence, l'inspection annuelle des véhicules à énergie nouvelle devrait établir un système d'inspection de sécurité correspondant, basé sur les caractéristiques des batteries électriques et de puissance à haute tension. La mise en place d'un système d'inspection annuelle des véhicules à énergie nouvelle peut garantir la sécurité de l'utilisation des véhicules à énergie nouvelle et, dans une certaine mesure, éviter l'apparition d'accidents de sécurité.

De nombreux véhicules sur le marché actuel sont encore utilisés au-delà de leur durée de vie prévue, ce qui pose des risques de sécurité à un stade ultérieur. Il est donc recommandé d'établir des normes de mise au rebut obligatoire pour les véhicules qui dépassent les exigences de conception du produit en termes de durée d'utilisation ou de kilométrage. En outre, en raison du manque de compréhension approfondie des caractéristiques des batteries par les constructeurs automobiles et de l'absence d'analyse efficace des données de surveillance en amont, de nombreuses défaillances auraient pu être détectées à temps grâce à l'analyse des données historiques. Il est donc recommandé aux constructeurs automobiles de partager les données avec les fabricants de batteries afin d'obtenir des alertes précoces et de réduire les risques du marché.

Outre les mesures susmentionnées, Nissan estime que, quel que soit le système de conduite utilisé, tout véhicule circulant sur la route doit faire l'objet d'une maintenance et d'un entretien appropriés, ce qui est très important. Un entretien opportun, une mise à la casse régulière ou le remplacement de la batterie peuvent éliminer complètement les risques de sécurité causés par le vieillissement du véhicule.