Separación termoeléctrica: dirección de la futura tecnología de seguridad de las baterías
Al mismo tiempo, carga rápida se ha convertido progresivamente en la configuración por defecto de los modelos más populares. El centro de la batalla entre los fabricantes de automóviles y las baterías también se ha desplazado a cómo abordar la cuestión de la protección térmica de los paquetes de baterías en condiciones de carga rápida de alta potencia y alto voltaje.
Pérdida de carga térmica de la batería
El sistema de baterías de un vehículo eléctrico está compuesto por cientos de celdas conectadas en serie y en paralelo. Cuando una célula de un módulo de batería o de un paquete de baterías experimenta un desbordamiento térmico.
El módulo de la batería libera una gran cantidad de calor, parte del cual se utiliza para aumentar su propia temperatura, y la otra parte se transfiere a las celdas adyacentes por convección, conducción del calor y radiación, y el calor restante fluye hacia el exterior durante el proceso de inyección de humo.
Cuando la temperatura de las células adyacentes alcanza la temperatura de activación del desbordamiento térmico, se produce la propagación del desbordamiento térmico o difusión térmica.
Para una sola célula, la energía liberada por su desbordamiento térmico es muy limitada, pero si cientos de células experimentan un desbordamiento térmico al mismo tiempo en un corto periodo de tiempo, causará grandes daños.
La necesidad de la separación termoeléctrica
La separación termoeléctrica es el único camino hacia la próxima generación de tecnología de protección. El diseño tradicional de la seguridad del pack de baterías se centra en la protección del "calor", como el aumento de la superficie de refrigeración, el uso de materiales resistentes al calor con mejores prestaciones de aislamiento térmico, etc.
Al fin y al cabo, desde la perspectiva de las vías químicas, el "calor" hace que la batería se incendie y explote de raíz. Las tecnologías y soluciones para la protección contra el calor, incluida la industria, ya están muy maduras. En muchos casos, el esquema actual de protección contra el "calor", bloquear el calor no es un problema.
Sin embargo, la mezcla de gas-líquido-sólido emitida por el escape térmico del célula de la batería es muy fácil provocar el "peligro secundario" del desbocamiento térmico.
Entre ellos, los peligros secundarios causados por la "electricidad" son los más graves, como los arcos voltaicos (rotura de placas metálicas, fusión de placas metálicas, etc.), los cortocircuitos y los fallos de aislamiento. En este caso, el desbocamiento térmico que podría haberse suprimido instantáneamente se volvió incontrolable.
Por lo tanto, hay que tener en cuenta el factor de la "electricidad" para hacer realidad que "la batería no se incendie". El diseño de separación termoeléctrica es una buena solución.
El núcleo de la separación termoeléctrica
Con el desarrollo de la tecnología de baterías de energía líquida hasta una fase relativamente madura, la cadena actual de la industria de baterías de energía compite ferozmente en torno a la reducción de costes y la mejora de la eficiencia y la fabricación a gran escala.
En comparación con los dos años anteriores, los dividendos tecnológicos aportados por el material subversivo y las innovaciones estructurales se han debilitado.
En el contexto actual, la innovación tecnológica de las baterías de alimentación se refleja más en soluciones más específicas para puntos débiles subdivididos o escenarios terminales.
A nivel de sistema, la protección contra el embalamiento térmico y la simplificación estructural se han convertido en el centro de atención de las empresas de baterías eléctricas.
La célula de la batería tiene una válvula a prueba de explosiones, que puede realizar la descarga direccional de embalamiento térmico, de modo que el diseño de protección contra embalamiento térmico se puede llevar a cabo en una dirección específica.
La disposición actual de la válvula de protección de la célula principal es:
(1) Cilíndrico Batería 18650 y 21700 a prueba de explosiones se encuentran en el extremo positivo;
(2) La célula cuadrada (el polo de salida está en el mismo extremo), la válvula antideflagrante está situada en el extremo del polo de salida, verticalmente hacia arriba;
(3) Baterías cuadradas (los polos de salida están distribuidos en ambos extremos) como las baterías de cuchillas, la válvula antideflagrante está situada en un extremo y dispuesta horizontalmente;
(4) No hay una dirección clara de ventilación de explosión para las baterías de petaca, que es una de las principales razones por las que es difícil hacer runaway térmico de las baterías de petaca.
La válvula antideflagrante de la célula convencional está en el mismo lado que la lengüeta, lo que significa que la zona de alivio de la presión de embalamiento térmico está en la misma dirección que las líneas de alta y baja tensión, y es imposible "separarla" en el espacio físico.
En este caso, es fácil que las erupciones de alta temperatura se acumulen en el canal de alivio de presión, dando lugar a un cortocircuito de alta tensión, y pueden propagarse fácilmente a las celdas o unidades eléctricas adyacentes.
Sólo cambiando la posición de la válvula antideflagrante puede evitarse el entrecruzamiento de gas y electricidad fuerte. Por lo tanto, la innovación central de la separación termoeléctrica radica principalmente en el diseño de la válvula a prueba de explosiones inferior o lateral.
Cuando la válvula antideflagrante se traslada a la parte inferior de la célula, la batería puede lograr realmente la "separación termoeléctrica".
Sin embargo, el traslado de la posición de la válvula antideflagrante también conlleva muchas dificultades técnicas. Una es cómo fabricar de forma estable válvulas antideflagrantes en carcasas con un grosor de milímetros; la otra es cómo controlar con precisión la presión de apertura de la válvula; la tercera es el antichoque y el cálculo del alivio de presión tras la apertura de la válvula.
Además, la dificultad en el diseño de la válvula antideflagrante radica en la carcasa. El grosor de la pared de la carcasa de la batería debe ser diferente. Existen especificaciones para el grosor de la carcasa que deben cumplirse al soldar válvulas antideflagrantes.
El peso y el precio de la célula serán demasiado elevados si la carcasa de espesor de pared constante es demasiado gruesa. Los tres lados de la carcasa que no requieren soldar la válvula antideflagrante deben hacerse lo más finos posible, mientras que el lado que requiere soldar la válvula antideflagrante debe hacerse más grueso.
El lado de la válvula antideflagrante que debe soldarse debe ser más grueso. Las carcasas con espesores de pared desiguales se extruyen principalmente, lo que se ve afectado por el límite elástico.
Aplicación de la separación termoeléctrica
En la solución 4680 CTC de Tesla, la válvula antideflagrante de la célula está diseñada en la parte inferior de la célula, es decir, la termoelectricidad se separa en la dirección Z.
Cuando la batería está integrada, sólo es necesario guiar y fijar el espacio de descarga inferior, y completar la conexión eléctrica en el extremo positivo de la célula de la batería.
Sin embargo, la batería "cubo de Rubik" de SAIC "tumba" directamente las celdas de la batería, de modo que la dirección del puerto de erupción ya no es hacia arriba, sino que erupciona lateralmente.
Además, la tecnología CATL NP2.0 y la tecnología CALB TPP2.0 también tienen las características de aislamiento activo de alta presión y humo, y alivio de presión descendente.
Como primer sistema de batería de la industria que adopta claramente el diseño de "separación termoeléctrica", uno de los aspectos más destacados de la "batería de armadura de dragón" de SVOLT es que la válvula a prueba de explosiones se coloca en la parte inferior de la batería de hoja corta.
El desbordamiento térmico de una sola célula puede lograr rápidamente un alivio direccional de la presión, y la erupción puede descargarse rápidamente a través del canal óptimo en la dirección especificada sin propagarse a las células circundantes.
Se informa de que SVOLT ha innovado el diseño de la posición de la válvula antideflagrante y la ha colocado en el lateral al diseñar la primera generación de pilas de cuchillas cortas. La batería de cuchillas cortas de segunda generación se cambió a la parte inferior y se diseñaron 2 posiciones de válvula de alivio de presión.
Como resultado, la batería de armadura de dragón aísla físicamente por completo la válvula de alivio de presión inferior de los polos en ambos lados, realizando un aislamiento completo entre el material de alivio de presión de alta temperatura del núcleo de la batería y el espacio de conexión eléctrica.
Al mismo tiempo, la batería de armadura de dragón puede proporcionar una solución de refrigeración en los lados superior e inferior, de modo que la gran área de la célula de la batería está en contacto con la placa de refrigeración, y la capacidad de intercambio de calor se incrementa en 70% en comparación con el nivel general.
En conclusión, la separación termoeléctrica es una solución innovadora a los problemas de seguridad y protección de las baterías, y es probable que se convierta en una característica de diseño estándar en un futuro próximo. A medida que los fabricantes de automóviles y las empresas de baterías eléctricas sigan compitiendo en este ámbito, está claro que la seguridad seguirá siendo una prioridad absoluta.
