Wat veroorzaakt thermische oververhitting bij batterijen?

Thermische runaway is een gevaarlijke chemische reactie. Het kan gebeuren in lithium-ion batterijen. Het is een groot probleem geworden voor de industrie van elektrische voertuigen (EV). Dit fenomeen beschrijft een toename in op hol geslagen warmte en druk binnenin de batterij. Het kan leiden tot slechtere prestaties, een kortere levensduur van de batterij en zelfs tot brand en explosies. EV's hebben een groter bereik nodig. Maar door de hogere dichtheid en capaciteit van de batterij is het risico op thermische runaway sterk toegenomen. Dit heeft invloed op de efficiëntie en veiligheid van de batterij. Het tast ook de merkreputatie van EV-fabrikanten aan. Het beïnvloedt de veiligheid van levens en eigendommen van gebruikers.

Tegen deze achtergrond, goede BTMS zijn van cruciaal belang. Ze zorgen voor batterijcellen op een veilige temperatuur blijven. Dit voorkomt thermische runaway. In het volgende artikel gaan we dieper in op thermische runaway, zodat je het probleem beter begrijpt.

Wat is thermische runway?

Thermische runawayThermische runaway is een riskante gebeurtenis in lithium-ionbatterijen. Het is een oncontroleerbare en snelle stijging van de temperatuur en druk in de batterij. Het proces begint met het opwarmen van de batterij. Wanneer deze een kritische temperatuur bereikt, versnellen de chemische reacties. Hierdoor wordt de accu nog heter. Dit leidt al snel tot een afname van de prestaties van de batterij. Het veroorzaakt ook ernstige veiligheidsincidenten zoals gasemissies, hoge temperaturen, giftige dampen en brand.

Vanwege de hoge energiedichtheid van lithium-ionbatterijen van de huidige batterijen. De temperatuur van de batterij kan snel stijgen. Dit kan gebeuren als de warmte van het opladen of ontladen niet goed wordt afgevoerd. Of als de batterij beschadigd is, overladen is of andere abnormale omstandigheden heeft. Als de temperatuur de veiligheidslimiet overschrijdt, kan de elektrolyt van de batterij ontleden. Hierdoor ontstaat meer warmte en gas en wordt het risico op thermische runaway groter.

Er is dus een goed systeem voor thermisch accubeheer (BTMS) nodig om oververhitting te voorkomen en accu's veilig te houden. Trumonytech's geavanceerde vloeistofgekoelde plaattechnologie is ontworpen om dit probleem op te lossen. Het biedt EV/ESS een efficiënt en betrouwbaar BTMS dat de batterijomgeving stabieler maakt.

Hoe ontstaat en verspreidt een thermische runaway zich?

Thermische runaway ontstaat niet zomaar. Het begint wanneer de warmte in de cel de warmteafvoer naar buiten overtreft. Als dit onevenwicht lang genoeg aanhoudt, bereikt de cel een punt waarop er geen terugkeer meer mogelijk is.

Bij normaal gebruik produceert elke lithium-ionbatterij enige warmte tijdens het laden en ontladen. Deze warmte is normaal en gemakkelijk te beheersen. Het ontwerp van het accupakket, de koeling en de regelaars zorgen ervoor dat de temperatuur veilig blijft. Problemen ontstaan bij ongebruikelijke omstandigheden. Deze omstandigheden verhogen de warmteontwikkeling, belemmeren de warmteafvoer of veroorzaken een storing door plaatselijke oververhitting.

Warmteopwekking versus -afvoer: de cruciale balans

Het kernidee is evenwicht. Als de cel sneller warmte verliest dan hij produceert, blijft de temperatuur constant. Als de warmteproductie de overhand heeft, stijgt de temperatuur. De reactiesnelheden nemen toe. De warmteproductie versnelt.

Dit koppelt thermische runaway aan de systeemconfiguratie. Dezelfde cel kan in het ene ontwerp stabiel blijven, maar in een ander ontwerp risico's met zich meebrengen. Thermische geleidingspaden, isolatie, behuizing en luchtstroom verschillen. Vroege maatregelen zijn cruciaal. Voordat de lus zichzelf in stand houdt, moet de stroom worden onderbroken. Verlaag de temperatuur. Herstel het warmteverlies. Dit kan verdere groei stoppen.

Van cel tot verpakking: hoe het zich verspreidt

Een accupakket bestaat niet uit één cel. Het bestaat uit vele cellen in modules, die vervolgens in een pakket zijn verwerkt. Thermische oververhitting is het gevaarlijkst wanneer een defecte cel de omliggende cellen zodanig verhit dat ze overbelast raken.

Het risico op verspreiding neemt toe wanneer cellen dicht op elkaar gepakt zitten. Thermische barrières ontbreken. Warmte kan weinig ontsnappen. Als een cel hete gassen en warmte in een gesloten module loost, stijgt de lokale temperatuur snel. Cellen in de buurt bereiken hun limiet. Dit vormt een kettingreactie.

Daarom hebben grote accupakketten een strikt ontwerp nodig. Een defecte cel in een telefoon kan door een laag energieniveau onopgemerkt blijven. In een EV/ESS-accupakket is de opgeslagen energie veel hoger. Meer cellen verhogen de kans op defecten. De uitdaging is om te voorkomen dat defecte cellen leiden tot problemen in het hele accupakket.

Tekenen van een zich ontwikkelende thermische runaway

Thermische runaway kan zich uiten als snelle, plaatselijke opwarming, zwelling, vreemde geuren of ontluchtingsgeluiden. In latere stadia laat de cel gassen en aerosolen onder druk vrij. In een rugzak gaat ontluchting gepaard met een snelle temperatuurstijging en een verandering in het signaal.

Het belangrijkste is niet om één enkel signaal te leren. Zie het als een proces met verschillende fasen. Vroege, onregelmatige warmte waarschuwt voor een verschuiving in het evenwicht. Late ontluchting wijst op sterke reacties en druk.

Belangrijkste oorzaken van een thermische baan

Thermische runway is gevaarlijk. Het kan gebeuren bij de werking van lithium-ionbatterijen. Er zijn veel factoren bij betrokken, waaronder interne kortsluiting, overladen en ontladen. Het heeft ook te maken met de effecten van externe warmtebronnen, ontleding van elektrolyten, tekortkomingen van het BMS en veroudering en slijtage van de batterij. Inzicht in deze factoren is essentieel voor het verbeteren van de veiligheid en betrouwbaarheid van batterijen.

Interne kortsluiting: Kortsluiting in batterijen veroorzaakt de meeste thermische weglopen. Ze kunnen het gevolg zijn van fysieke schade, fabricagefouten of kapotte tussenschotten. Door deze omstandigheden kunnen de elektroden elkaar raken. Dit contact veroorzaakt kortsluiting. Hierdoor kan de temperatuur van de batterij snel stijgen.

Overladen en ontladen: Als de aanbevolen laad- en ontlaadlimieten van een batterij worden overschreden, wordt de batterij zwaarder belast. Dit kan leiden tot chemische reacties. Overladen is erg gevaarlijk. De elektrolyt kan oververhit raken en ontleden. Dit versnelt het begin van een thermische runaway.

Externe warmtebronnen: Hoge temperaturen of de nabijheid van warmteproducerende apparatuur kan de temperatuur van een batterij aanzienlijk verhogen. Hoge temperaturen en warmteproducerende apparatuur kunnen de temperatuur van een batterij verhogen. Hierdoor kan de batterij op een kritiek punt komen dat thermische runaway veroorzaakt.

Afbraak van elektrolyten:Bij hoge temperaturen kan de elektrolyt in de batterij afbreken. Bij deze afbraak ontstaan gassen en andere stoffen. Deze gassen kunnen de druk in de batterij verhogen, waardoor de batterij kan scheuren of, in ernstigere gevallen, exploderen.

Ontoereikend batterijbeheersysteem: Een goed Battery Management System (BMS) is essentieel. Het bewaakt de accu en regelt de temperatuur. Een slecht BMS kan het laden en ontladen of de accutemperatuur niet goed controleren. Dit kan oververhitting en thermische runaway veroorzaken.

Veroudering en slijtage: De prestaties van de batterij gaan na verloop van tijd en door het gebruik achteruit. De batterij veroudert. Dit leidt tot meer weerstand en verlies van onderdelen. Dit verhoogt het risico op thermische runaway.

Gevaren van thermische runaway: wat komt er vrij?

De gevaren van thermische oververhitting gaan verder dan alleen hitte. Bij het ontluchten komen gassen en aerosolen vrij. Het gevaar bestaat uit twee onderdelen: toxiciteit en ontvlambaarheid. Beide zijn belangrijk. Ze bepalen hoe het risico zich in de praktijk verspreidt.

Ontluchtings- en drukopbouwfasen

Naarmate de reacties versnellen, produceert de cel gassen. Deze gassen verhogen de druk. Cellen hebben ontluchtingsopeningen om de druk te verlagen. Maar ontluchten wijst er juist op dat de cel in een slechte staat verkeert.

De ontluchting kan eruitzien als rook, nevel of damp, afhankelijk van de cel en de behuizing. De ontlading kan kort of lang duren. De behuizing en de luchtstroom bepalen wat volgt.

Giftige en brandbare risico's uitgelegd

Sommige stoffen zijn schadelijk voor de ademhaling. Zelfs zonder vuur wordt de lucht rondom de rugzak gevaarlijk. Dit is vooral belangrijk in afgesloten ruimtes. Gassen hopen zich daar op.

Sommige gassen zijn brandbaar. Het gevaar schuilt niet alleen in de uitstoot. Het ontstaat ook door de combinatie met hitte en vonken. Het is onjuist om thermische runaway alleen als brandrisico te beschouwen. Het brengt ook risico's met zich mee op het gebied van chemische blootstelling en vonken.

Ontstekings- en explosiegevaren van dampwolken

Brandbare gassen ontsnappen en mengen zich met lucht. Er vormt zich een wolk. Onder de juiste omstandigheden kan deze ontbranden. Een vonk kan direct ontstaan, of later als de wolk zich verder verspreidt.

Dit verklaart de plotselinge verandering in ernst. Een gaspakket ontlaadt zich eerst en ontbrandt dan. Begrijp dit voor betere preventie. Beheers de warmte. Beperk de kans op ontlading. Beperk de verspreidingsroutes voor grote explosies.

Thermische runaway van batterijen voorkomen en beheren

Thermische runaway voorkomen en beheren in lithium-ionbatterijen is essentieel. Het zorgt voor een veilige werking van elektrische voertuigen (EV's) en energieopslagsystemen (ESS). Het risico van een thermische runaway van de batterij kan sterk worden verminderd. Een reeks maatregelen kan batterijsystemen beschermen tegen schade. Hieronder volgen enkele belangrijke preventie- en beheerstrategieën:

Ontwerp en productie: Kwaliteitscontrole is cruciaal. Dit gebeurt tijdens het ontwerp en de fabricage van de batterij. Interne kortsluiting kan worden voorkomen door materialen van hoge kwaliteit te gebruiken en te zorgen voor een nauwkeurige assemblage van de batterijcomponenten. Dit omvat ook het versterken van de batterijscheiders om schade en defecten te voorkomen. Ook moet ervoor worden gezorgd dat er voldoende isolatie is tussen de accucellen om kortsluiting te voorkomen.

Effectief batterijbeheersysteem (BMS): Een geavanceerd BMS is essentieel om thermische runaway te voorkomen. Hiermee kan de status van de batterij in realtime worden gecontroleerd. Dit omvat de spanning, stroom en temperatuur. Het BMS zorgt voor een nauwkeurige regeling van het laden en ontladen. Het voorkomt overladen en ontladen. Dit vermindert het risico op thermische runaway. Het GBS kan ook meteen ingrijpen als het een probleem detecteert. Het kan bijvoorbeeld de accu loskoppelen of het koelsysteem inschakelen. Dit voorkomt verdere temperatuurstijging.

Temperatuurregeling: Het implementeren van goede koeling en thermische barrières is essentieel. Ze regelen de temperatuur van de batterij en voorkomen thermische runaway. Vloeistof- en luchtgekoelde systemen zijn gangbaar. Ze geleiden de warmte van de batterij goed. In sommige moeilijke gevallen kunnen PCM en heat pipes de koeling verbeteren.

Regelmatige inspectie en onderhoud: Batterijsystemen in toepassingen waar veel vraag naar is, moeten regelmatig worden gecontroleerd en onderhouden. Deze maatregelen zijn belangrijk om de veiligheid te garanderen. Dit omvat het controleren van de fysieke conditie van de batterij. Het omvat ook het testen van de prestaties van de batterij. En er moet worden beoordeeld of het BMS goed werkt. Door problemen snel te identificeren en op te lossen, kunnen thermische runaway-incidenten effectief worden voorkomen.

Impact van thermische runaway op de elektrische auto-industrie

Thermische runaway heeft een grote impact op de industrie voor elektrische voertuigen (EV). Het heeft invloed op de veiligheid van het voertuig en op de financiën en het merk van de fabrikant. Thermische runaway kan de batterij oververhitten. Dit kan brand of een explosie veroorzaken. Dit brengt inzittenden en de mensen om hen heen in gevaar. Zulke incidenten kunnen leiden tot grote verwondingen. Ze kunnen ook schade veroorzaken aan het voertuig en de omgeving.

Een thermische runaway kan kostbare terugroepacties veroorzaken vanuit een economisch perspectief. Deze kosten omvatten directe reparatie- en vervangingskosten. Ze omvatten ook indirecte verliezen door verminderde verkoop, lagere aandelenprijzen en een verzwakt consumentenvertrouwen. Een thermisch weglopend voorval kan ook de aandacht trekken van regelgevende instanties. Dit kan leiden tot strengere veiligheidsnormen en tests, waardoor de productie van EV's complexer en duurder wordt.

Preventieve maatregelen zijn van cruciaal belang om de veiligheid van de consument te waarborgen en de merkreputatie in stand te houden. Door te investeren in efficiënte Battery Thermal Management Systems (BTMS) en geavanceerde Battery Management Systems (BMS) te gebruiken, kunnen fabrikanten van EV's het risico op thermische runaway van de batterij sterk verminderen. Dit verbetert de veiligheid en stabiliteit van de batterij. Het verbetert ook de prestaties en de actieradius van EV's. Daarnaast is het voorlichten van gebruikers over het juiste gebruik en onderhoud van de batterij een belangrijk onderdeel van het voorkomen van thermal runaway.

Proactief zijn kan dus veiligheidsincidenten voorkomen. Het kan ook de marktpositie van EV-merken beschermen en verbeteren. Met de snelle groei van de elektrische auto-industrie is het de plicht van elke fabrikant om zich te richten op en te investeren in batterijveiligheidstechnologie.

Conclusie

Thermische runaway is een groot risico bij het gebruik van lithium-ion batterijen. Het kan oververhitting, brand en zelfs een explosie veroorzaken. Dit vormt een ernstige bedreiging voor de veiligheid van de gebruiker en schaadt de groei van de elektrische auto-industrie. Een effectief Battery Thermal Management System (BTMS) is van vitaal belang om thermisch op hol geslagen batterijen te voorkomen. Dit vereist een nauwkeurig batterijontwerp, een efficiënt Battery Management System (BMS), tijdige temperatuurregeling, voorlichting aan de gebruiker en regelmatige inspectie en onderhoud van de batterij. Trumonytechs zet zich in voor een veilig en betrouwbaar thermisch beheer van elektrische voertuigen en energieopslag. Ze doen dit door middel van geavanceerde vloeistofgekoelde paneeltechnologie en professionele accupackoplossingen. en betrouwbaar thermisch beheer. Neem vandaag nog contact met ons op voor uw speciale oplossing.

FAQ