Résumé
Fòt mezi vòltaj ka lakòz twòp chaj nan ityòm-ion pil, ki mennen nan fòmasyon nan gaz entèn ak jenerasyon chalè, sa ki lakòz chofaj san kontwòl. Pou diminye risk sa a, batri a silendrik ekipe ak yon aparèy entèripsyon aktyèl (CID), ki aji kòm yon valv soulajman presyon. Lè presyon entèn la monte, CID a ka dekonekte kous entèn batri a. Sepandan, dekoneksyon sa a lakòz batri a toudenkou vin wo nan rezistans, sa ki lakòz pwoblèm grav nan seri ki konekte pil. Nan konfigirasyon sa a, kèk oswa menm tout vòltaj sistèm lan ka tonbe sou batri a dekonekte, anpil ogmante posiblite pou arcing. Kalite arc sa a ka limen nenpòt gaz ki ka pran dife, ki mennen ale nan echèk katastwofik.
Nan yon seri tès ki fèt sou twa famasi batri diferan, NMC (nikèl manganèz cobalt), NCA (nikèl cobalt aliminyòm), ak LFP (ityòm fè fosfat), li te jwenn ke operasyon an san danje nan CID pa ka garanti nan vòltaj sistèm depase. 120V. Malgre ke tès konparatif nan de fwa vòltaj nominal batri a pa t montre menm konpòtman an, rezilta sa yo sijere ke estanda sekirite aktyèl ki rekòmande tès nan de fwa vòltaj nominal la ka pa konplètman adrese risk ki enplike yo. Plis tès yo te montre ke koneksyon an seri ant batri a ak CID se natirèlman danjere, tankou nan senaryo ki pi mal la, vòltaj la tout sistèm ka konsantre sou yon sèl batri, ki mennen nan echèk potansyèl sistèm.
1. Entwodiksyon
Avèk avansman jeni elektrik ak elektwonik, lavi modèn depann anpil sou aparèy tankou smartphones, tablèt, bisiklèt elektrik, machin elektrik, zouti elektrik, ak sistèm depo enèji lakay yo. Dapre estanda IEC 61140, aparèy sa yo ka divize an de nivo vòltaj: aparèy ki anba a 60V AC ak 120V DC, ak aparèy ki gen chenn vòltaj jiska 1000V AC ak 1500V DC.
Ansyen an gen ladan zouti elektrik, bisiklèt elektrik, laptops, ak telefòn mobil, ki anjeneral konsidere kòm san danje akòz vòltaj ki ba anpil. Lèt la konnen tou kòm ekipman ranje vòltaj ki ba, tankou machin elektrik ak yon vòltaj nominal nan 400V DC a 800V DC. Machin elektrik ak lòt aplikasyon yo jwenn pouvwa a opere obligatwa nan pil ityòm-ion, ak yon vòltaj maksimòm de 4.2V. Anjeneral pale, nivo vòltaj sa a ase pou smartphones, men pou bisiklèt elektrik (36V DC) ak machin elektrik (400V DC), apeprè 10 ak 96 pil bezwen konekte nan seri, respektivman.
Batri ityòm ion yo patikilyèman sansib a reyaksyon twòp, ki ka mennen nan fòmasyon nan gaz andedan batri a. Pou asire ke chak batri opere nan seri kòrèk la, yo itilize yon Sistèm Jesyon Batri (BMS) nan batri a pou kontwole paramèt ak chenn yo. Anplis de sa, pil silendrik yo ekipe ak sistèm sekirite pasif tankou aparèy entèripsyon aktyèl (CID), ki itilize pou dekonekte sikui entèn batri a lè fòmasyon gaz ak ogmantasyon presyon rive akòz reyaksyon dekonpozisyon andedan batri a.
Akòz dekoneksyon CID, risk potansyèl de arcing ogmante, ki mennen ale nan yon kesyon de si pil ak CID yo danjere lè yo itilize nan seri. Pou egzanp, yon machin elektrik ak yon sistèm 400V ka rankontre pwoblèm teknik ki lakòz yon sèl vòltaj batri trè wo, depase de fwa vòltaj nominal la. Nan ka sa a, tès ki fèt pandan apwobasyon batri machin elektrik la pa gen sans paske lè l sèvi avèk CID nan sitiyasyon sa a ka mennen nan sitiyasyon danjere.
Pou jwenn pi bon repons pou kesyon sa a, atik sa a te fè tès vaste nan diferan nivo vòltaj (120V DC a 800V DC) souvan itilize nan aplikasyon elektrik ak ibrid machin elektrik.
2. Teyorik background
Konsekans twòp chaj:Surcharge se youn nan sitiyasyon ki pi kritik nan aplikasyon pou batri. Konpare ak gwo twou san fon egzeyat, konsekans twòp chaj yo pi grav, sa ki ka mennen nan dekonpozisyon elektwolit ak materyèl katod, osi byen ke reyaksyon negatif ant elektwòd ak lòt konpozan batri, sa ki lakòz echèk batri katastwofik tankou dife oswa eksplozyon.
Rezon ki fè twòp chaj:ki gen ladan echèk kontwolè chaje, echèk BMS, oswa mezi vòltaj kòrèk. Pou egzanp, BMS balanse batri a ki baze sou valè vòltaj ki pa kòrèk ka finalman mennen nan surcharge ak potansyèl evasyon tèmik.
Reyaksyon entèn pil yo:Tou depan de materyèl yo ak pwodwi chimik yo itilize nan batri a, oksijèn pwodui pandan dekonpozisyon katod (ki depann sou eta a chaje ak materyèl katod). Oksijèn reyaji ak solvang kabòn ak elektwolit, sa ki lakòz lage gaz ki ka pran dife tankou monoksid kabòn, gaz kabonik, ak idwojèn. Nan ka sa a, ityòm nikèl manganèz cobalt elektwòd (NMC 622 ak NMC 811) ak ityòm nikèl cobalt aliminyòm elektwòd (NCA) demontre kritik, pandan y ap elektwòd ityòm fè fosfat yo konsidere kòm materyèl ki pi an sekirite akòz liberasyon ki ba yo nan gaz monoksid kabòn toksik. Elektwolit se eleman prensipal responsab pou jenerasyon gaz nan pil, ak fòmasyon nan gaz nan chak batri etabli presyon ki wo. Akòz sele a nan anviwònman an pa pil ityòm-ion, gaz la pwodwi chape, ak ansanm ak koki an metal ki estab, presyon gaz la ka rive jiska 20 bar. Nan evènman echèk san kontwòl, gaz sa yo ka eksploze.
Aparèy sekirite:Yo nan lòd yo diminye danje potansyèl nan ekipman depo enèji, yo adopte divès kalite aparèy sekirite ak mekanis kontwòl. Mezi sekirite entèn yo tankou aparèy koyefisyan tanperati pozitif (PTC) ak aparèy entèripsyon aktyèl yo (CID) yo itilize nan nivo batri a, epi yo itilize BMS kòm yon mezi sekirite ekstèn pou kontwole kontinyèlman batri a nan nivo sistèm lan. PTC ogmante rezistans ak diminye koule aktyèl pandan chofaj, pandan y ap CID konsiste de yon disk tèt ak yon disk anba. Lè twòp chaj lakòz yon ogmantasyon nan presyon, disk tèt la ap pliye epi jwenti a soude pral kraze, kidonk dekonekte chemen aktyèl la ak materyèl aktif la. Deklanche CID se menm jan ak louvri yon switch anba chaj, ki ka limen yon arc. Pou pil silendrik ak CID, yon vòltaj 18V ase pou jenere yon arc. Nan yon koneksyon seri, yon sèl batri ka pa rive nan yon valè vòltaj segondè, men li ka rive nan sistèm nan, ki ka lakòz konsantrasyon vòltaj sou yon sèl batri, fè li patikilyèman danjere.
Estanda tès yo:Rekòmandasyon Nasyonzini yo sou transpò machandiz danjere yo trè enpòtan pou tès batri, pami yo UN 38.3 T3 presize kondisyon tès miltip, ki gen ladan tès surcharge. Dapre estanda sa a, tès la surcharge se detèmine si batri a danjere nan ka ta gen abi, epi yo ta dwe chaje batri a de fwa vòltaj la chaj maksimòm pandan tès la. Nasyonzini ECE Règleman No 100 se baz legal pou apwobasyon machin elektrik pa Inyon Ewopeyen an, ki dekri tès la surcharge nan pil machin elektrik. Manyèl tès pou abi nan sistèm depo enèji elektrik FreedomCAR se youn nan estanda enpòtan yo tou. Pou tès surcharge, estanda sa a sèvi ak yon kouran DC konstan chaje ak vòltaj la ta dwe mete nan de fwa vòltaj nòmal la. Estanda sa yo pa toujou satisfè egzijans aplikasyon pratik, paske pil yo enstale an seri nan modil ak vòltaj la ka pi wo, sa ki ogmante risk pou arcing lè CID la dekonekte.
3. Seksyon eksperimantal
Konsepsyon eksperimantal:Nan tès la surcharge, twa pil ak diferan pwopriyete chimik (LFP, NMC, ak NCA) yo te itilize pou analiz konpòtman konparatif. Rezon ki fè yo chwazi pil sa yo se ke LFP gen yon reyaksyon twò grav, elektwòd NMC gen pi fò reyaksyon kòm yon materyèl katod, ak oksid NCA degaje oksijèn ak lakòz evasyon tèmik. Seleksyon an nan pil yo baze sou kritè prensipal yo, ki se ke pil yo ta dwe gen yon CID. Anvan eksperyans lan, echantiyon chak kalite batri yo te louvri ak enspekte.
Aparèy tès:Aparèy tès la gen ladan yon kous pouvwa ak yon sikwi mezi. Sikwi mezi a gen ladan yon modil mezi segondè-vòltaj, kranpon aktyèl, Capteur tanperati, ak ekipman akizisyon done. Sikwi pouvwa a konsiste de yon sous vòltaj, yon kontakè chaj, ak yon batri. Tès abi twòp chaj yo te fèt nan enstalasyon tès deyò, epi yo te itilize kamera wo-definisyon ak kamera enfrawouj pou anrejistre evènman yo.
Pwosesis tès:Tès la fèt dapre spesifikasyon tès FreedomCAR, men nan tanperati fonksyònman nòmal batri a. Ekipman tès la chaje a de fwa vòltaj nominal la, ak koleksyon done sispann apre 30 minit, kèlkeswa eta reyaksyon batri a. Yo te evalye reyaksyon batri a lè l sèvi avèk nivo danje EUCAR, divize konpòtman li an uit nivo danje. Twa nivo koulè yo te defini pou reprezante konpòtman an sekirite nan batri a, epi yo te fè analiz binè lojistik regresyon.
Paramèt tès yo:Fè dis tès sou chak batri nan nivo vòltaj 120V, 400V, ak 800V, paske pifò machin elektrik yo nan ranje vòltaj sa yo. Nou konpare sitiyasyon an nan vòltaj doub rated nan pi wo nivo vòltaj ak tès FreedomCar surcharge yo tcheke si danje a se pwopòsyonèl ak vòltaj la. Dapre fèy done batri manifakti a, yo te chwazi nivo aktyèl la nan chak batri, ak batri NCA ak NMC mete nan 4A ak batri LFP mete nan 1.5A. Batri a chaje jiskaske CID a entèwonp koule chaj la oswa tès la sispann, ak chak tès ki dire pou 30 minit.
Analiz done:Yo itilize lojisyèl SPSS pou evalyasyon estatistik done, ak konsantre sou sekirite pil yo. Regression lojistik binè yo itilize pou evalyasyon ki baze sou ekspresyon binè "safe" oswa "safe". Evalyasyon estatistik tès la gen ladan pati disrè (deskriptif) ak analitik (enferans). Yo ka dekri tès la lè l sèvi avèk twa varyab: pwopriyete chimik (varyab kategorik diskrè), vòltaj (variab kontinyèl echèl rapò), ak rezilta tès (variab binè 0-1, ki an sekirite epi ki pa an sekirite).
4. Rezilta
Klasifikasyon rezilta tès yo:Pou bay yon apèsi sou done anvan tout koreksyon yo, yo te defini twa kategori ak nivo danje 3-5 pou seri tès la.
Konpòtman deklanche CID kòrèkteman:Premye kategori rezilta tès la rezime done yo sou konpòtman kòrèk CID (nivo danje 3). Tout pil teste yo, apre yo fin chaje twòp pou 10 minit, te gen presyon lè entèn ase yo louvri CID, sa ki lakòz echapman batri (goute aktyèl, ogmantasyon vòltaj). CID kòrèkteman entèwonp koule aktyèl la ak anpeche plis twòp chaj nan batri a, klase kòm yon kondisyon sekirite ak make kòm nivo danje 3 (konpòtman sekirite vèt).
CID deklanche move konpòtman:Dezyèm kategori a rezime CID deklanche konpòtman kòrèk, kote CID a pasyèlman entèwonp koule aktyèl la, sa ki lakòz gwo lafimen ak ogmantasyon tanperati, epi li klase kòm nivo danje kondisyon danjere 4 (jòn konpòtman danjere).
Konpòtman deklanche pa erè CID:Dènye kategori a gen ladan done ki deklanche pa erè CID, kote CID ka sèlman yon ti tan oswa konplètman separe aktyèl ak vòltaj, epi kidonk pa ka anpeche twòp chaj batri, finalman mennen nan konbisyon batri oswa eksplozyon, klase kòm yon kondisyon danjere nan nivo danje 5 oswa pi wo (wouj. konpòtman danjere).
5. Diskisyon
Limit estanda tès yo:Dapre estanda tès batri FreedomCAR a, li difisil pou pouse batri a nan limit ki an sekirite, se sa ki, lè twòp chaj nan de fwa vòltaj la rated, batri a pa pral pouse nan limit ekstrèm epi yo pa pral montre konpòtman danjere. Nan seri vòltaj sa a (2-5V), CID ka kòrèkteman separe poto pozitif ak negatif san yo pa limen batri a. Sepandan, estanda tès yo pa reflete itilizasyon aktyèl pil ityòm yo. Nan mache depo enèji a, gen pi wo sistèm switch seri konekte ak vòltaj jiska 800V.
Pèfòmans pil ak diferan pwopriyete chimik:Lè nou konsidere rezilta seri tès 120V yo, pil chimik NMC ak NCA yo te montre premye konpòtman batri kritik, pandan y ap pil chimik LFP yo te relativman an sekirite epi yo pa t fè eksperyans ignisyon oswa dife ak yon nivo danje 5 oswa pi wo. Nan tès 400V, kondisyon kritik NMC ak NCA batri chimi yo double konpare ak tès 120V, men batri LFP ka toujou konsidere kòm ki pa kritik. Nan tès 800V, pèfòmans pil NMC ak NCA te prèske menm bagay la tou, nan etap ignisyon an, pandan y ap pil LFP te montre premye konpòtman kle konpare ak seri tès 120V ak 400V.
Rezon ki fè konpòtman danjere:Pou tout pil ki klase kòm "ensekirite", ekipman pou enèji a pa ka sispann, se sa ki, aktyèl la chaje pa ka entèwonp, ki ka akòz arc ki te pwodwi lè CID deklanche, sa ki lakòz aktyèl la chaje kontinye ap koule tankou dlo. ti pwen kontak ant anod ak katod, ki mennen ale nan gwo dansite aktyèl la. Anplis de sa, distans ki genyen ant de kontak yo kreye lè CID deklanche trè kout, ki tou ogmante vòltaj la pann epi li ka lakòz arcing.
6. Konklizyon
Enpèfeksyon estanda aktyèl yo:Ki baze sou rezilta yo nan tout seri tès yo, li ka konkli ke estanda aktyèl yo pou tès sekirite batri nan sistèm batri yo ensifizan. Nan sistèm batri a nan pil silendrik ki konekte nan seri, dekoneksyon nan CID anba vòltaj sistèm segondè ka mennen nan fòmasyon nan ark kritik, sa ki lakòz konbisyon batri oswa eksplozyon. Se poutèt sa, si pil yo konekte an seri nan sistèm batri a, tès batri nan de fwa vòltaj nominal la pa enpòtan pou konpòtman an san danje nan pil yo, epi estanda aktyèl yo dwe revize. Li rekòmande ke tès ki fèt nan nivo batri a ta dwe omwen rive nan nivo maksimòm vòltaj sistèm batri a te planifye pou enstalasyon ak operasyon.
Konsiderasyon pou aplikasyon CID:Li te jwenn ke surcharge batri a ak vòltaj trè wo ogmante potansyèl la pou danje. Se poutèt sa, lè yon gwo kantite pil ak CID yo itilize nan seri nan sistèm batri a, aplikasyon yo ta dwe rekonsidere, kòm deklanche CID ka mennen nan echèk batri katastwofik. Solisyon altènatif pou pwoblèm sa a se desine yon batri CID ki ka kenbe tèt ak vòltaj segondè sa yo.