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Lithium-Eisenphosphat-Batterien haben Vorteile wie hohe Energiedichte, hohe Sicherheit, Wärmebeständigkeit, niedrige Kosten, viele Zyklen und lange Lebensdauer und werden weitgehend in den Bereichen Elektrofahrzeuge und Energiespeicherung eingesetzt. Um den praktischen Anwendungsanforderungen gerecht zu werden, werden normalerweise eine große Anzahl von Zellen in Serie oder parallel verbunden, um einen Batteriepack zu bilden. Dieses hochenergetische System kann jedoch ernsthaftere Konsequenzen verursachen, wenn es zu einem thermischen Laufweg kommt.
Überladung und Überhitzung gelten als einer der Hauptfaktoren, die zu einem thermischen Laufweg von Batterien führen, aber normalerweise wird nur ein Test auf einen einzelnen Faktor durchgeführt, und ob es zu einem Brand oder Explosion kommt, dient als Kriterium für Bestehen oder Nicht-Bestehen. In einem realen Szenario eines thermischen Laufwegs einer Batterie kann dieser anfangs durch einen einzelnen Faktor ausgelöst werden, entwickelt sich jedoch im Verlauf des Prozesses allmählich zu einer Situation, in der mehrere Faktoren gekoppelt und beeinflusst werden, was die Konsequenzen des thermischen Laufwegs ernster macht. Es hat praktische Bedeutung, den Kopplungseffekt von Lithium-Iron-Phosphat-Lithium-Ionen-Batterien unter verschiedenen Missbrauchsbedingungen zu untersuchen. Überladung gilt als wichtige Ursache für Batteriebrände. Der frühere Überladungsstandard für Verbraucherbatterien lag bei 3C/4,8V. Da Verbraucherbatterien normalerweise einzeln verwendet werden und mit dem Fortschritt der Batterietechnologie hat sich der thermische Laufweg durch Überladung deutlich verringert, wurden die aktuellen Standards hinsichtlich der Parameteranforderungen für Überladung erheblich gelockert. Überhitzungstests simulieren normalerweise das Schmelzen der Trennschicht oder die Zersetzung der festen Elektrolytschnittstelle (SEI)-Schicht bei Temperaturen von 130°C oder 85°C.
Das Sicherheitsproblem von Batterien liegt im Wesentlichen in den thermischen Eigenschaften der Batterien. D.P. Kong et al. untersuchten die thermischen Eigenschaften von Lithium-Eisenphosphat-Lithium-Ionen-Batterien nach lokaler Erwärmung an verschiedenen Positionen und stellten fest, dass das Erhitzen des Bodens der Batterie eher zu einem thermischen Aussetzer führt als das Erhitzen anderer Positionen. P.J. Liu et al. untersuchten die Auswirkungen zweier Missbrauchsmethoden, Überhitzung und Überladung, auf den thermischen Aussetzer von Lithium-Eisenphosphat-Lithium-Ionen-Batterien. Die Ergebnisse zeigten, dass im Vergleich zur Überhitzung das Feuerrisiko durch Überladung höher ist und die Batterie während des Tests heftiger brennt. Ein thermischer Aussetzer ist auch signifikant mit dem Ladestand (SOC) der Batterie verbunden. Zum Beispiel fanden P.J. Liu et al., dass die Austrigger-Temperatur bei 50 % SOC höher ist als bei 100 % SOC-Batterien, wenn man einen Heizplatten-Test durchführt, um den durch Missbrauch ausgelösten thermischen Aussetzer-Prozess benachbarter Batterien im Modul zu simulieren. K. Wang et al. führten einen Überlade-Test bei Lithium-Eisenphosphat-Lithium-Ionen-Batterien bei 0,5C durch und stellten fest, dass die bei thermischem Aussetzer freigesetzten Gase hauptsächlich Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlendioxid (CO2) sowie verschiedene Alkane waren.
Die große Serien- und Parallelschaltung von Batterien erhöht erheblich die Wahrscheinlichkeit von Überladungs- und Entlade-Risiken, da ein Problem mit einer Batterie dazu führen kann, dass sich die Hitze ausbreitet und das gesamte Batteriepaket in Brand gerät oder explodiert. Nicht nur das, die entstehenden brennbaren Gase, wenn sie sich mit Luft mischen, können auch zu noch schwerwiegenderen Explosionen führen.
Um die Sicherheit von Batterien in realen Anwendungsszenarien zu verbessern, ist es notwendig, die Toleranz der Batterie gegenüber mehreren Missbrauchsarten zu verstärken, was zu einem Schwerpunkt akademischer und industrieller Aufmerksamkeit wird.
Darüber hinaus sollte beim Einsatz der Batterie vermieden werden, sie dann zu laden, wenn sie vollständig entladen ist, da dies leichten Anlass bietet, irreparable Schäden an der Batterie zu verursachen.
Wenn eine Lithium-Iron-Phosphat-Batterie vollständig geladen ist, sollte unverzüglich das Laden eingestellt werden, andernfalls wird die Batterie überladen, was zur Folge haben kann, dass sich die Lebensdauer verkürzt oder sogar gefährliche Situationen wie Kurzschlüsse auftreten.
Die Verwendung der Batterie in einer Hochtemperaturumgebung beeinflusst ebenfalls ihre Leistung.
Die Methode der konstanten Stromentladung bezieht sich darauf, die Größe des Entladestroms zu kontrollieren, damit die Batterie Energie mit konstanter Rate freisetzt. Sie ist geeignet für den schnellen Entladeprozess von Lithium-Iron-Phosphat-Batterien.
